一种激光沉积原位制备Mg2Si/Al复合材料的方法技术

本发明专利技术属于复合材料制备领域，涉及一种制备Mg2Si增强Al基复合材料的方法。本发明专利技术涉及一种采用激光沉积原位制备Mg2Si/Al复合材料的全新的方法，属于复合材料制备技术领域。其特点在于脱离传统铸造方法，采用一种先进的、材料利用率高的激光沉积技术。取Al‑50％Mg粉Al‑9％Si粉按Al、Mg、Si的质量分数为7:2:1配比，放入球磨机中球磨，采用预置的方法将粉末制备成预置片，将预置片固定在6061铝合金基板上，用激光功率800W‑1100W，扫描速度为200mm/min‑400mm/min，光斑直径1.5mm进行单道多层激光沉积，得到Mg2Si/Al复合材料。本发明专利技术工艺简单，操作方便，晶粒尺寸小且力学性能好。

A method for preparing Mg2Si/Al composites in situ by laser deposition

The invention belongs to the field of composite material preparation, and relates to a method for preparing Mg2Si reinforced Al matrix composite material. The invention relates to a novel method for in-situ preparation of Mg2Si/Al composites by laser deposition, belonging to the technical field of composite materials preparation. It is characterized by the use of an advanced laser deposition technology with high material utilization rate, which is separated from the traditional casting method. Al_50% Mg powder Al_9% Si powder was prepared by ball milling in a ball mill with a mass fraction of 7:2:1 of Al, Mg and Si. The powder was prepared into a prefabricated sheet by a preset method. The prefabricated sheet was fixed on the 6061 aluminum alloy substrate. The laser power 800W_1100W, scanning speed 200 mm/min_400 mm/min, and the spot diameter 1.5mm were used as a single sheet. The Mg2Si/Al composites were obtained by multichannel laser deposition. The invention has the advantages of simple process, convenient operation, small grain size and good mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种激光沉积原位制备Mg2Si/Al复合材料的方法
本专利技术属于复合材料制备领域，涉及一种制备Mg2Si增强Al基复合材料的方法。
技术介绍
Mg2Si是一种密度低、强度硬度高的金属间化合物，其适量存在于合金中能够改善合金的力学性能，是铝基复合材料的理想增强相。制备Mg2Si增强铝基复合材料的方法主要有熔融法，普通铸造法、离心铸造法、喷射沉积法以及机械合金化法等多种。但是这些方法都无法很好的解决初生Mg2Si粗大、Mg2Si尖角对基体割裂以及制备过程中混入杂质等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种操作工艺简单、设备先进、能够将含有Al、Mg、Si混合粉末原位生成Mg2Si增强铝基复合材料的方法。通过激光高能量密度束，实现在快速凝固过程中原位生成Mg2Si，通过改善激光的工艺参数来控制Mg2Si的存在形态。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种激光沉积原位制备Mg2Si/Al复合材料的方法，包括以下步骤：(1)对激光沉积基板表面进行预处理，清洗基板表面的污垢、锈蚀及灰尘，干燥备用；(2)将Al-Mg合金粉和Al-Si合金粉按照Mg：Si质量比为2～4:1配比，在行星球磨机中以转速200～300r/min球磨2～3小时使粉末混合均匀；(3)将球磨好的粉末在50～60℃下烘干1～2小时，将粉末平铺并均匀的喷洒粘结剂溶液形成均匀的水层，在50-60℃下真空加热硬化，得到所需的预置片；(4)将步骤(3)中制备的预置片放置在步骤(1)中准备好基板的设定位置，在保护气体保护下进行激光沉积，使其在基板上熔融，待其沉积结束后，用氮气喷枪清理熔覆层表面，测量熔覆层的高度，调节激光头到熔覆层的垂直距离，保持每一次激光头到熔覆层的垂直距离不变，将下一块预置片放置在原先设定的位置，重复上述步骤，即得到所需的复合材料。优选的，所述步骤(2)中的Al-Mg合金粉为Al-50％Mg合金粉，所述的Al-Si合金粉为Al-Si合金粉为Al-9％Si合金粉。优选的，所述步骤(2)中Al-Mg合金粉和Al-Si合金粉中Mg：Si质量比为2:1。进一步的，所述步骤(4)中保护气体为氩气或氮气。进一步的，所述步骤(4)激光沉积的参数为：激光功率800W～1100W，扫描速度为200mm/min～400mm/min，光斑直径1.5mm。优选的，所述步骤(4)激光沉积的参数为：激光功率为1000W，光斑直径1.5mm，扫描速度300mm/min。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术利用激光高能量密度的特点，进行单道多层激光沉积，其操作容易、材料利用率高以及产品致密。(2)本专利技术制备粉末过程中采用的预置法，可以有效的避免Al粉和Mg粉质量较轻容易在送粉过程中被保护气吹跑，因此减少了Mg的损失，减少在合金中剩余的Si相影响合金性能。(3)采用本专利技术通过对SEM照片分析获得的Mg2Si/Al复合材料组织内部晶粒尺寸细小且分布均匀(参见图1、图2)。经XRD衍射分析，产品中成分较纯(参见图3)。从EDS能谱图中得出最终Mg、Si相比为2:1(参见图4)。附图说明图1为本专利技术实施例1对应的SEM照片图2为本专利技术实施例2对应的SEM照片图3为本专利技术实施例3对应的SEM照片图4为本专利技术实施例2对应的XRD谱图图5，图6，表1为本专利技术实施例1对应的能谱图具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本专利技术。实施例1一种激光沉积原位制备Mg2Si/Al复合材料的方法，包括以下步骤：(1)对激光沉积基板表面进行预处理，清洗基板表面的污垢、锈蚀及灰尘，干燥备用。(2)将Al-50％Mg合金粉和Al-9％Si合金粉按照质量比为Al：Mg：Si为7：2：1，在行星球磨机中以转速200r/min球磨两小时使粉末混合均匀。(3)将球磨好的粉末放入真空干燥箱中，在60℃下烘干2小时，平铺在夹具凹槽平板内，均匀的喷洒粘结剂溶液形成均匀的水层，将其连同凹槽平板平稳的放在真空干燥箱中，在50-60℃下真空加热硬化5小时，去除凹槽平板。得到所需的预置片，放置在真空干燥的环境下保存。(4)将步骤(3)中制备的预置片放置在步骤(1)中准备好基板的设定位置，在气体保护下进行激光沉积，其中激光功率为1000W，扫描速度为200mm/min，光斑直径1.5mm。使其在基板上熔融，待其沉积结束后，用氮气喷枪清理熔覆层表面，将下一块预置片放置在原先设定的位置，重复上述步骤，即得到所需的复合材料。观察其SEM照片如图1所示，并观察其能谱图如图5、6所示。图5、图6的具体参数如下表所示：表1实施例2一种激光沉积原位制备Mg2Si/Al复合材料的方法，包括以下步骤：(1)对激光沉积基板表面进行预处理，清洗基板表面的污垢、锈蚀及灰尘，干燥备用。(2)将Al-50％Mg合金粉和Al-9％Si合金粉按照Mg：Si质量比为2:1配比，其中Al：Mg：Si为7：2：1，在行星球磨机中以转速200r/min球磨两小时使粉末混合均匀。(3)将球磨好的粉末放入真空干燥箱中，在60℃下烘干2小时，平铺在夹具凹槽平板内，均匀的喷洒粘结剂溶液形成均匀的水层，将其连同凹槽平板平稳的放在真空干燥箱中，在50-60℃下真空加热硬化5小时，去除凹槽平板得到所需的预置片，放置在真空干燥的环境下保存。(4)将步骤(3)中制备的预置片放置在步骤(1)中准备好的基板的设定位置，在气体保护下进行激光沉积，其中激光功率为800W，扫描速度为200mm/min光斑直径1.5mm。使其在基板上熔融，待其沉积结束后，用氮气喷枪清理熔覆层表面，将下一块预置片放置在原先设定的位置，重复上述步骤，即得到所需的复合材料。观察其SEM照片如图2所示，并观察其XRD谱图如图4所示。实施例3一种激光沉积原位制备Mg2Si/Al复合材料的方法，包括以下步骤：(1)对激光沉积基板表面进行预处理，清洗基板表面的污垢、锈蚀及灰尘，干燥备用。(2)将Al-50％Mg合金粉和Al-9％Si合金粉按照Mg：Si质量比为2:1配比，其中Al：Mg：Si为7：2：1，在行星球磨机中以转速200r/min球磨两小时使粉末混合均匀。(3)将球磨好的粉末放入真空干燥箱中，在60℃下烘干2小时，平铺在夹具凹槽平板内，均匀的喷洒粘结剂溶液形成均匀的水层，将其连同凹槽平板平稳的放在真空干燥箱中，在50-60℃下真空加热硬化5小时，去除凹槽平板得到所需的预置片，放置在真空干燥的环境下保存。(4)将步骤(3)中制备的预置片放置在步骤(1)中准备好的基板的设定位置，并用胶带固定，在气体保护下进行激光沉积，其中激光功率为1000W，扫描速度为350mm/min。光斑直径1.5mm。使其在基板上熔融，待其沉积结束后，用氮气喷枪清理熔覆层表面，将下一块预置片放置在原先设定的位置，重复上述步骤，即得到所需的复合材料。观察其SEM照片如图3所示。以上显示和描述了本专利技术的基本原理、主要特征和本专利技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术范围内。本专利技术要求保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光沉积原位制备Mg2Si/Al复合材料的方法，包括以下步骤：(1)对激光沉积基板表面进行预处理，清洗基板表面的污垢、锈蚀及灰尘，干燥备用；(2)将Al‑Mg合金粉和Al‑Si合金粉按照Mg：Si质量比为2～4:1配比，在行星球磨机中以转速200～300r/min球磨2～3小时使粉末混合均匀；(3)将球磨好的粉末在50～60℃下烘干1～2小时，将粉末平铺并均匀的喷洒粘结剂溶液形成均匀的水层，在50‑60℃下真空加热硬化，得到所需的预置片；(4)将步骤(3)中制备的预置片放置在步骤(1)中准备好基板的设定位置，在保护气体保护下进行激光沉积，使其在基板上熔融，待其沉积结束后，用氮气喷枪清理熔覆层表面，测量熔覆层的高度，调节激光头到熔覆层的垂直距离，保持每一次激光头到熔覆层的垂直距离不变，将下一块预置片放置在原先设定的位置，重复上述步骤，即得到所需的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种激光沉积原位制备Mg2Si/Al复合材料的方法，包括以下步骤：(1)对激光沉积基板表面进行预处理，清洗基板表面的污垢、锈蚀及灰尘，干燥备用；(2)将Al-Mg合金粉和Al-Si合金粉按照Mg：Si质量比为2～4:1配比，在行星球磨机中以转速200～300r/min球磨2～3小时使粉末混合均匀；(3)将球磨好的粉末在50～60℃下烘干1～2小时，将粉末平铺并均匀的喷洒粘结剂溶液形成均匀的水层，在50-60℃下真空加热硬化，得到所需的预置片；(4)将步骤(3)中制备的预置片放置在步骤(1)中准备好基板的设定位置，在保护气体保护下进行激光沉积，使其在基板上熔融，待其沉积结束后，用氮气喷枪清理熔覆层表面，测量熔覆层的高度，调节激光头到熔覆层的垂直距离，保持每一次激光头到熔覆层的垂直距离不变，将下一块预置片放置在原先设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡勇，余楠，赵龙志，刘德佳，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西,36