一种铝基复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种铝基复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的铝基复合材料含有AlSi10Mg合金和AlFeCrCoNi

【技术实现步骤摘要】
一种铝基复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料领域，尤其涉及一种铝基复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]激光增材制造技术正在成为解决飞机复杂构件制造的有效途径，尤其是以基于粉末床的选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM，又称激光粉床打印)增材制造技术为代表。铝基复合材料激光增材制造技术可大幅减轻零件重量、降低成本，因此铝合金激光增材制造技术在航空、航天、汽车等轻量化、高性能复杂零件制造领域受到高度重视。
[0003]近年来，以SiC、Al2O3、TiB2等陶瓷颗粒增强铝基复合材料的增材制造技术发展迅速。然而，由于引入的颗粒增强相与铝合金在物理和化学性质方面有很大的差异，导致复合材料的塑性和韧性较差，限制了要具有良好的综合力学性能的结构材料方面的应用。
[0004]高熵合金(High entropy alloy，HEA)是由五种或五种以上等摩尔或近等摩尔的金属(也包含部分非金属)元素组成的以某种单相为基体的固溶体，其具有抗高温蠕变、耐高温氧化、耐腐蚀，高强度和高硬度等特性，将高熵合金作为增强体时，源于金属
‑
金属间天然的界面结合特性，高熵合金与铝合金基体间的界面润湿性与界面相容性好，从而可以有效突破传统陶瓷增强铝基复合材料瓶颈，进而制备出具有良好的综合力学性能的铝基复合材料。同时结合选择性激光熔化(SLM)工艺，不仅可以制备出表面精度高，形状任意复杂的复合材料构件，还可以使增强体均匀的分散于基体中，从而对基体起到更好的增强效果，进而制备出高强度、高硬度、高耐磨的铝基复合材料。
[0005]有鉴于此，有必要开发一种高熵合金增强铝基复合材料的增材制造方法，用以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术第一个方面提出一种铝基复合材料，具有较高的硬度和强度。
[0007]本专利技术的第二个方面提出了此种铝基复合材料的制备方法。
[0008]本专利技术的第三个方面提出了此种铝基复合材料的应用。
[0009]根据本专利技术的第一个方面，提出了一种铝基复合材料，所述铝基复合材料含有AlSi10Mg合金和AlFeCrCoNi
2.1
高熵合金。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，所述铝基复合材料中所述AlFeCrCoNi
2.1
高熵合金的含量为4.5wt.％～5wt.％。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述铝基复合材料中所述AlSi10Mg合金的含量为95wt.％～95.5wt.％。
[0012]在本专利技术中，所述AlFeCrCoNi
2.1
高熵合金又称共晶高熵合金，是一种典型的耐高温的高熵合金，其熔点可达1500℃以上，而现在研究的其他高熵合金可能会在成型过程中溶解在基体中，造成成型缺陷，影响力学性能，并且AlFeCrCoNi
2.1
高熵合金粉末材料已经实
现产业化，其他高熵合金可能无法制备成符合要求的粉末材料。
[0013]根据本专利技术的第二个方面，提出了一种第一方面所述的铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0014]S1：AlSi10Mg合金粉末与AlFeCrCoNi
2.1
高熵合金颗粒球磨混合，得到AlFeCrCoNi
2.1
/AlSi10Mg复合粉末，将所述复合粉末平铺在SLM金属3D打印机成形舱的基板上，形成复合粉末层；
[0015]S2：惰性气体保护条件下，对所述复合粉末层进行激光扫描熔凝成形；
[0016]S3：重复S1和S2，实现逐层激光扫描打印成形，得到所述铝基复合材料。
[0017]在本专利技术中，实际打印过程还包括：建立制件的三维模型，再用切片软件获得每层平面轮廓模型，操作前用酒精擦拭基板、粉料缸、刮刀等部件，并向成形舱中充入惰性气体保护；刮刀将粉末从粉料缸刮到成形舱，激光束根据模型进行打印路径扫描，扫描完成一层后成形舱带动成形基板下降一个层厚高度后重新进行铺粉，激光根据下一层模型重新扫描打印，最终堆积得到复合材料制件。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，S1中所述AlSi10Mg合金粉末为类球形，平均粒径为13μm～53μm。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，S1中所述AlFeCrCoNi
2.1
高熵合金颗粒为类球形，平均粒径为13μm～53μm。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，S1中所述AlFeCrCoNi
2.1
高熵合金颗粒的质量占所述复合粉末的4.5wt.％～5wt.％。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，以质量百分比计，S1中所述AlSi10Mg合金粉末包括以下成分：Si：9.87～10wt.％；Fe：0.08～0.09wt.％；Mg：0.30～0.32wt.％；Zn<0.01wt.％；Ti：0.014～0.015wt.％；Cu：0.019～0.02wt.％；Ni<0.01wt.％；O：<0.04wt.％，余量为Al及不可避免杂质。
[0022]在本专利技术的一些实施方式中，S1中所述AlFeCrCoNi
2.1
高熵合金颗粒中元素含量Al：Co：Cr：Fe：Ni为1:1:1:1:2.1。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，S1中所述球磨混合的磨球的直径为5mm～15mm。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，上述磨球的质量与AlSi10Mg合金粉末、AlFeCrCoNi
2.1
高熵合金颗粒质量和之比为1：(10～11)。
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，S1中所述球磨的转速为150r/min～200r/min，时间为2h～3h。
[0026]在本专利技术的一些实施方式中，S1中所述成形舱内的压力为5kPa～8kPa。
[0027]在本专利技术的一些实施方式中，S1中所述成形舱内的氧含量＜100ppm。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中，S2中所述惰性气体选自氮气或氩气。
[0029]在本专利技术的一些实施方式中，S1中所述基板为Al
‑
Si系铝合金板材。
[0030]在本专利技术的一些实施方式中，S1中所述复合粉末层的厚度为30μm～35μm。
[0031]在本专利技术的一些实施方式中，S2中所述激光扫描的激光功率为260W～340W。
[0032]在本专利技术的一些实施方式中，S2中所述激光扫描的扫描速度为1200mm/s～1300mm/s。
[0033]在本专利技术的一些实施方式中，S3中所述逐层激光扫描打印成形具体为：每层的激
光扫描路径与上一层的激光扫描路径成60
°
～67
°
的夹角进行打印成形。
[0034]在本专利技术中，在每一层打印成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝基复合材料，其特征在于，所述铝基复合材料含有AlSi10Mg合金和AlFeCrCoNi
2.1
高熵合金。2.根据权利要求1所述的铝基复合材料，其特征在于，所述铝基复合材料中所述AlFeCrCoNi
2.1
高熵合金的含量为4.5wt.％～5wt.％。3.权利要求1～2任一项所述的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：AlSi10Mg合金粉末与AlFeCrCoNi
2.1
高熵合金颗粒球磨混合，得到AlFeCrCoNi
2.1
/AlSi10Mg复合粉末，将所述复合粉末平铺在SLM金属3D打印机成形舱的基板上，形成复合粉末层；S2：惰性气体保护条件下，对所述复合粉末层进行激光扫描熔凝成形；S3：重复S1和S2，实现逐层激光扫描打印成形，得到所述铝基复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，S...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈斌，刘才远，李润霞，王彪，吴惠舒，任是铭，王福柱，陈明，李卫荣，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：