一种铝铜锰多孔复合材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种铝铜锰多孔复合材料及其制备方法和用途。本发明专利技术所述铝铜锰多孔复合材料的制备方法以铝铜锰合金粉末与纳米金属氧化物为原料，经3D打印，得到所述铝铜锰多孔复合材料；所得铝铜锰多孔复合材料具有无热裂纹且高强度的特性；本发明专利技术所述方法得到的铝铜锰多孔复合材料的孔隙率为1～30％；其显微硬度为60～80HV。

A porous aluminum copper manganese composite and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种铝铜锰多孔复合材料及其制备方法和用途
本专利技术属于无机材料领域，涉及一种铝铜锰多孔复合材料及其制备方法和用途。
技术介绍
铝铜锰合金比重轻、抗氧化、硬度高、机械加工性能好，可以作为轻型高强结构材料，常用于制造各种轻型高负载零件和结构件，广泛应用于汽车、船舶、航天航空领域等民用及军工领域。CN105568093A公开了一种用于锂电池外壳的铝铜锰合金及其制备方法。所述合金包含：1.1wt％-1.8wt％的Cu；1.0wt％-1.6wt％的Mn；0.6wt％-1.0wt％的Mg；0.3wt％-0.5wt％的Fe；0.2wt％-0.5wt％的Ce或0.2wt％-0.3wt％的CeLa；小于0.04wt％的Si；余量为铝和不可避免的杂质；所述铝铜锰合金的制备方法包括如下步骤：(A)将所述合金制成冷轧合金带材；(B)将所述冷轧合金带材进行老化热处理，从而获得所述铝铜锰合金板材，此方案所述制备方法存在着加工流程长，模具复杂等问题。CN106636772A公开了一种铝合金复合材料及其制备方法，所述铝合金复合材料包括以下组分，铝70-85份、铜2.5-3份、锰0.4-0.8份、镁1.0-1.5份、钛3.0-5.0份；所述铝合金复合材料的制备过程包括将各组分熔炼后，得到所述铝合金复合材料，此方案所述方法存在着产品易出现力学性能差及缩松，偏析等铸造缺陷。然而，基于高能束流的3D打印铝铜锰合金热裂敏感性高，极易产生热裂纹缺陷，剧烈降低材料的成形性和力学性能。因此，开发一种具有无热裂纹、优异的力学性能且制备方法简单高效的铝铜锰多孔复合材料及其制备方法仍具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铝铜锰多孔复合材料及其制备方法和用途。本专利技术所述铝铜锰多孔复合材料的制备方法以铝铜锰合金粉与纳米金属氧化物为原料，经3D打印，得到所述铝铜锰多孔复合材料；所得铝铜锰多孔复合材料具有无热裂纹且高强度的特性；本专利技术所述方法得到的铝铜锰多孔复合材料的孔隙率为1～30％；其显微硬度为60-80HV。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种铝铜锰多孔复合材料的制备方法，所述方法包括将铝铜锰合金粉与纳米金属氧化物混合，进行3D打印，得到所述铝铜锰多孔复合材料。传统方法中在对铝铜锰合金直接进行激光烧结，其制备过程中通过调整工艺参数，如激光功率，并不能消除裂纹，其产品难以得到稳定且优异的力学性能，从而得到的铝铜锰多孔复合材料的性能不够理想；而本专利技术所述方法在铝铜锰多孔复合材料的制备过程中，在铝铜锰合金粉中混合纳米金属氧化物，所述纳米金属氧化物能在高温微熔池中与Al发生原位反应，其与Al反应原位反应为TiO2+Al→Al2O3+Al3Ti，从而生成熔点在2000℃以上的高硬度金属间化合物，且金属间化合物的尺寸＜500nm，从而强化合金，使得所得铝铜锰多孔复合材料具有高强度，同时避免热裂纹的出现。本专利技术所述方法通过在铝铜锰合金粉末中添加纳米金属氧化物颗粒，再以激光烧结，在高温微熔池中发生化学反应，发挥其“原位复合”和“原位合金化”的作用，既能作为一种高效的异质形核剂，细化晶粒，抑制热裂产生，在基体中制造原位增强相复合，又能使纳米金属氧化物颗粒内的金属元素固溶在基体中，还能通过调整3D打印过程的参数来控制基体的孔隙率大小，获得一种原位复合原位合金化铝铜锰多孔复合材料，直接获得稳定、均匀、具有低密度高强度特性的铝铜锰多孔复合材料。优选地，所述纳米金属氧化物为TiO2。优选地，所述铝铜锰合金粉的颗粒粒度≤200目，例如250目、300目、350目或400目等。优选地，所述纳米金属氧化物的颗粒粒度≤200目，例如250目、300目、350目或400目等。优选地，所述铝铜锰合金粉与纳米金属氧化物的质量比为20-350，例如30、50、100、150、200、250或300等。本专利技术所述铝铜锰多孔复合材料的制备过程中控制纳米金属氧化物的加入量使得纳米金属氧化物中金属元素的含量大于该金属元素在铝中的固溶度，但不应过大；本专利技术所述制备过程中控制纳米金属氧化物的加入量在上述范围内，其过剩的金属元素在高能束流3D打印条件下的铝基体中可与铝生成纳米级金属间化合物，强化合金；但金属元素含量过高时，金属间化合物产生粗化和定向生长，会降低合金性能。本专利技术所述3D打印为逐层堆叠的3D打印技术。优选地，进行3D打印的过程中激光功率为100-340W，例如130W、150W、180W、200W、250W、300W或330W等，优选为250-300W。本专利技术所述3D打印过程的功率在上述范围内，有利于良好地打印成形，当激光功率＞340W时，已超出打印设备正常工作范围；当激光功率＜100W时，会导致输入的能量过低，易出现裂纹，粉末熔化不充分，成形质量非常差。优选地，进行3D打印的过程中扫描速率为33-417mm/s，例如50mm/s、70mm/s、90mm/s、120mm/s、150mm/s、200mm/s、250mm/s、300mm/s、350mm/s或400mm/s等，优选为83-165mm/s。本专利技术所述3D打印过程中的扫描速率在上述范围内，其有利于粉末的熔化与成形，当扫描速率＜33mm/s时，易使成形设备发生故障，无法正常成形；当扫描速率＞417mm/s时，会导致输入能量较低，粉末熔化不充分，易出现裂纹，成形质量非常差。优选地，所述铝铜锰合金粉按照质量百分含量包括以下组成：所述杂质元素为铝铜锰合金粉制备过程中由于原料及设备原因而引入的杂质元素，所述杂质元素包括Mg、Fe、V、Zr、Zn或Ti，以铝铜锰合金粉的质量为100％计，其中Mg的质量百分含量≤0.02％，例如0.01％或0.015％等，Fe的质量百分含量≤0.3％，例如0.1％或0.2％等，V的质量百分含量≤0.15％，例如0.05％或0.1％等，Zr的质量百分含量≤0.25％，例如0.1％或0.2％等，Zn的质量百分含量≤0.1％，例如0.05％或0.08％等，Ti的质量百分含量≤0.1％，例如0.05％或0.08％等，且所述杂质元素的总含量在0.6％以下。优选地，所述铝铜锰合金粉的制备方法包括将金属铝、金属铜和金属锰混合，经熔炼和气雾化处理，得到所述铝铜锰合金粉。本专利技术所述铝铜锰合金粉的制备过程中由于原料和设备的原因，会在产品中引入一些杂质元素，所得铝铜锰合金粉中杂质元素的含量控制在0.6％以下。优选地，所述熔炼的温度为800-900℃，例如820℃、850℃或880℃等。优选地，所述熔炼在真空感应熔炼炉中进行。优选地，所述气雾化处理得到的铝铜锰合金粉为球形。优选地，所述气雾化处理后还包括将产物进行收集、筛分。优选地，所述筛分采用的筛网的目数≥200目，例如300目、400目、500目或600目等。优选地，所述将铝铜锰合金粉与纳米金属氧化物混合的过程在三维摇摆式粉末混合机中进行。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝铜锰多孔复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括将铝铜锰合金粉与纳米金属氧化物混合，进行3D打印，得到所述铝铜锰多孔复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝铜锰多孔复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括将铝铜锰合金粉与纳米金属氧化物混合，进行3D打印，得到所述铝铜锰多孔复合材料。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米金属氧化物为TiO2；
优选地，所述铝铜锰合金粉的颗粒粒度≤200目；
优选地，所述纳米金属氧化物的颗粒粒度≤200目；
优选地，所述铝铜锰合金粉与所述纳米金属氧化物的质量比为20-350。


3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述进行3D打印的过程中激光功率为100-340W，优选为250-300W；
优选地，所述进行3D打印的过程中扫描速率为33-417mm/s，优选为83-165mm/s。


4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述铝铜锰合金粉按照质量百分含量主要包括以下组成：





5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述铝铜锰合金粉的制备方法包括将金属铝、金属铜和金属锰混合，经熔炼和气雾化处理，得到所述铝铜锰合金粉；
优选地，所述熔炼的温度为800-900℃；
优选地，所述熔炼在真空感应熔炼炉中进行；
优选地，所述气雾化处理得到的铝铜锰合金粉为球形；
优选地，所述气雾化处理后还包括将产物进行收集、筛分；
优选地，所述筛分采用的筛网的目数≥200目。


6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述将铝铜锰合金粉与纳米金属氧化物混合的过程在三维...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣蔚，朱强，李干，韩双，黄谆，卢宏兴，彭锦康，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44