一种激光增材制造用Si3N4/Al-8Mg基复合材料粉末的制备方法

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种激光增材制造用Si3N4/Al-8Mg 基复合材料粉末的制备方法。

背景技术

现代航空、航天、汽车工业领域的快速发展对金属结构材料的综合力学性能提出更高的要求，如更高的比强度、比模量、更好的抗疲劳性能、耐蚀性能等。而任何一种单一的材料难以满足综合性能的提升。在这种情况下，金属基复合材料(MMCs)的产生和应用逐渐成为科学研究的重要课题。目前，大型飞机等装备制造行业对大型、精密、结构复杂的轻质高强韧金属基复合材料构件的需求越来越迫切，以满足其对高性能、高可靠性以及高经济性和高环保性的需要。激光增材制造技术由于其较短的生产周期、更好的个性化定制、更加节约资源等优点，得到了工业界越来越多的青睐。

在铝合金激光增材制造领域，鉴于铝合金较低的激光吸收率，目前适于激光增材制造的铝合金粉末仅限于Al-Si体系，严重制约了铝基材料在激光增材制造领域的应用。而且增材制造的铝合金型材其微观组织呈现出典型的粗大柱状晶粒组织，热裂倾向严重，材料的塑性较差，各向异性明显。目前，制备预合金化粉末的方法主要为雾化法和旋转电极法。利用该类商业化粉末制备出来的零部件已具备较高尺寸精度，并在航空航天、医疗等领域获得了一些应用。但是制备的零件易产生较高的残余应力及微米级别的裂纹及孔洞等缺陷，从而降低材料的疲劳强度、塑性和韧性，导致零件生产成品率低、可靠性不足且成本高居不下。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光增材制造用Si3N4/Al-8Mg基复合材料粉末的制备方法。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种激光增材制造用 Si3N4/Al-8Mg基复合材料粉末的制备方法，包括以下步骤：

(1)将工业纯铝加热熔化，随后加入按照成分设计按比例加入工业纯镁，用高温覆盖剂覆盖后升温；

(2)将纳米尺寸的Si

(3)在熔体中加入无害铝合金精炼剂进行除气精炼，除去表面浮渣；

(4)将混合熔体进行机械搅拌，搅拌机电功率为500w，转速为1000r/min，搅拌时间为30min；

(5)将步骤(4)的混合熔体进行超声处理，采用功率为500w，频率为 20kHz的超声波发声器，超声时间为30min；

(6)将超声后的复合材料熔体浇铸成铸锭；

(7)将复合材料铸锭进行真空气雾化，制备复合材料粉末，将制备的复合粉末进行收集真空包装。

进一步的，所述步骤(1)中采用的覆盖剂是JZF-03型高温覆盖剂，升温至650～950℃。

进一步的，所述步骤(2)中所添加的Si

进一步的，所述步骤(4)中的搅拌头为高强石墨搅拌头。

进一步的，所述步骤(7)所采用的真空气雾化工艺的喷嘴直径为3mm，喷嘴形状为Lava管，雾化气压为3MPa。

进一步的，所述粉末中值粒径在1μm～300μm可控，球形率＞94％，收得率≥80％，纳米级Si

进一步的，所述铝基复合材料粉末其激光吸收率>30％。

与现有技术相比，本发明激光增材制造用Si3N4/Al-8Mg基复合材料粉末的制备方法的有益效果是：有效地结合了机械搅拌和超声震荡的优势，通过该方法添加外加的纳米陶瓷颗粒，制备出纳米颗粒增强的铝基复合材料粉末，在复合材料粉末内均匀弥散分布着纳米Si

利用该复合材料粉末进行激光增材制造，相对于传统铝合金体系粉末，所制备的材料强度塑性较高，由于纳米Si

附图说明

图1是机械搅拌设备结构示意图。

图2是超声震荡设备结构示意图。

图3是粉体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

实验以高纯Al、工业纯Mg、Si

实施例2

实验以高纯Al、工业纯Mg、Si

实施例3

实验以高纯Al、工业纯Mg、Si

实施例4

实验以高纯Al、工业纯Mg、Si

实施例5

实验以高纯Al、工业纯Mg、Al-Mn中间合金、Si

炉体104的内部设有石墨坩埚103，用于盛放熔体102，熔体102内含有粉末颗粒105，熔体102顶部与空气接触部分形成氧化皮101，通过搅拌头106对熔体进行搅拌，超声波发声器107对熔体进行超声震荡。

本发明有效地结合了机械搅拌和超声震荡的优势，通过该方法添加外加的纳米陶瓷颗粒，制备出纳米颗粒增强的铝基复合材料粉末，在复合材料粉末内均匀弥散分布着纳米Si

利用该复合材料粉末进行激光增材制造，相对于传统铝合金体系粉末，所制备的材料强度塑性较高，由于纳米Si

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。