一种铝基非晶粉末材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开一种铝基非晶粉末材料、制备方法及其应用，该粉末材料包括：铝、镍、钪和镧系元素，各元素在铝基非晶粉末材料中的摩尔原子含量百分比为：铝83～90at％，镍5～8at％，钪0～0.8at％，镧系元素5～9at％；该制备方法包括配料、分步真空熔化、雾化制粉等步骤；该应用为以铝基非晶粉末材料为原料、采用二次激光打印技术进行激光打印。本发明专利技术提供的铝基非晶粉末材料能够很好的应用于增材制造中；本发明专利技术提供的制备方法采用气雾化方式制备用于增材制造的铝基非晶粉末，而粉末成分有利于通过增材制造成型方式得到非晶组织结构，粉末粒度符合增材制造标准，粉末收得率高，球形度＞95％，制备方法简单，适用于工业化生产；本发明专利技术提供的应用能够得到质量优异的工件。

A kind of Al based amorphous powder material, preparation method and Application

The invention discloses an aluminum-based amorphous powder material, a preparation method and an application thereof. The powder material includes: aluminum, nickel, scandium and lanthanide elements. The mole atom content percentage of each element in the aluminum-based amorphous powder material is: aluminum 83-90at%, nickel 5-8at%, scandium 0-0.8at%, lanthanide 5-9at%. The preparation method includes batching, step-by-step vacuum melting, atomization and powder making The application uses aluminum-based amorphous powder material as raw material and secondary laser printing technology for laser printing. The aluminum-based amorphous powder material provided by the invention can be well applied in additive manufacturing; the preparation method of the invention adopts the air atomization method to prepare the aluminum-based amorphous powder for additive manufacturing, and the powder composition is conducive to obtaining the amorphous structure through additive manufacturing and molding method, and the particle size of the powder meets the additive manufacturing standard, and the powder yield rate is high, and the sphericity is more than 95% The preparation method is simple and suitable for industrial production; the application provided by the invention can obtain workpieces with excellent quality.

【技术实现步骤摘要】
一种铝基非晶粉末材料、制备方法及其应用
本专利技术涉及非晶材料
，尤其是一种铝基非晶粉末材料、制备方法及其应用。
技术介绍
目前现有的铝基非晶粉末材料由于其成分等原因不能很好地应用于增材制造。将现有的铝基非晶粉末材料应用于增材制造时会出现内部非晶组织分布不均匀，导致宏观上出现裂纹，得到的工件性能会明显下降等问题；甚至不能实现增材制造。而现有的工件制备方法包括铜模铸造法，该方法需以铜模为模具进行工件成型，因为受铜模形状、尺寸的限制只能制备出有限种类和尺寸的工件，同时复杂形状工件的模具制备困难甚至是无法实现，导致难以获得精密复杂的非晶合金工件；另外由于块体非晶合金存在严重的室温脆性问题，其在室温下难以进行机械加工。增材制造技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。增材制造作为一种新型材料成形制造技术，由于可以加工任意复杂形状的零件，在医疗、工业设计、建筑、航空航天、汽车等方向都有着应用前景。
技术实现思路
本专利技术提供一种铝基非晶粉末材料及其制备方法、在增材制造中的应用，用于克服现有技术中铝基非晶粉末材料不能很好应用于增材制造等缺陷，实现提供的铝基非晶粉末材料能够满足增材制造的要求，且通过增材制造得到的工件性能优异。为实现上述目的，本专利技术提出一种铝基非晶粉末材料，包括：铝、镍、钪和镧系元素，各元素在铝基非晶粉末材料中的摩尔原子含量百分比为：铝83～90at％，镍6～8at％，钪0～0.8at％，镧系元素6～9at％。为实现上述目的，本专利技术还提出一种铝基非晶粉末材料的制备方法，包括以下步骤：S1：按铝、镍、钪和镧系元素的摩尔原子含量百分比(83～90)：(5～8)：(0～0.8)：(5～9)称取原料铝、原料镍、铝-钪合金和铝-镧系合金；S2：将不同熔点的原料铝、铝-钪合金和铝-镧系合金按熔点由高到低依次叠置并放入熔炼室内进行真空熔化，得到铝、钪和镧系元素的金属液；同时，对原料镍进行预热处理；S3：将预热后的原料镍加入到所述金属液中继续进行真空熔化，直至所述镍板完全熔化，得到铝、镍、钪和镧系元素的混合液；S4：在保温状态下将所述混合液搅拌均匀，然后对所述混合液进行雾化处理，得到所述铝基非晶粉末材料。为实现上述目的，本专利技术还提出一种铝基非晶粉末材料的应用，将上述所述铝基非晶粉末材料或者上述所述制备方法制备得到的铝基非晶粉末材料应用于增材制造中。与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：1、本专利技术提供的铝基非晶粉末材料包括：铝、镍、钪和镧系元素，各元素在铝基非晶粉末材料中的摩尔原子含量百分比为：铝83～90at％，镍5～8at％，钪0～0.8at％，镧系元素5～9at％。该铝基非晶粉末材料能够很好的应用在增材制造中。2、本专利技术提供的铝基非晶粉末材料制备方法首先按比例进行配料以便于得到成分满足增材制造要求的粉末材料；然后根据原料铝、铝-钪合金、铝-镧系合金和原料镍的熔点进行分段熔化处理，以提高熔化效率，同时又能实现四种物质的完全溶解；最后进行雾化处理得到所述铝基非晶粉末材料。本专利技术提供的制备方法采用气雾化方式制备用于增材制造的铝基非晶粉末，而粉末成分有利于通过增材制造成型方式得到非晶组织结构，粉末粒度符合增材制造标准，粉末收得率高，球形度＞95％，制备方法简单，适用于工业化生产。3、本专利技术提供的铝基非晶粉末材料在增材制造中的应用，本专利技术将所述铝基非晶粉末材料应用在增材制造中时，根据铝基非晶粉末材料的成分(成分不同，打印成型的工件非晶组织含量不同，而增材制造过程中易出现非晶组织不均匀导致工件内部产生裂纹)选择采用二次激光打印模式进行激光打印，第一次激光打印用于工件成型；第二次激光打印降低工件内部的裂纹，同时通过对激光打印功率的选择防止非晶组织过度晶化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术提供的铝基非晶粉末材料制备方法流程图；图2为实施例1制备得到的铝基非晶粉末材料SEM照片；图3a为将实施例1提供的铝基非晶粉末材料应用于增材制造得到的成品工件照片；图3b为将实施例1提供的铝基非晶粉末材料应用于增材制造得到的成品工件内部SEM照片；图4为将对比例1提供的铝基非晶粉末材料应用于增材制造得到的成品工件内部SEM照片；图5为将对比例2提供的铝基非晶粉末材料应用于增材制造得到的成品工件内部SEM照片；图6为将实施例2提供的铝基非晶粉末材料应用于增材制造得到的成品工件内部SEM照片。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。本专利技术提出一种铝基非晶粉末材料，包括：铝(Al)、镍(Ni)、钪(Sc)和镧系元素，各元素在铝基非晶粉末材料中的摩尔原子含量百分比为：铝83～90at％，镍5～8at％，钪0～0.8at％，镧系元素5～9at％。高镧系元素含量可有效的提高所述铝基非晶粉末材料的热稳定性，同时可促进铝基非晶粉末材料玻璃转变的出现和保持过冷液相区的稳定。优选地，所述镧系元素为镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)和镥(Lu)中的至少一种。镧系元素可以为La、Ce的混合物，也可以为Ce、Nd的混合物，还可以为Tb、Dy、Ho和Lu的混合物等等。优选地，所述镧系元素为镧(La)，镧系元素中的La原子半径在稀有元素中最大，成型过程中更易生成非晶组织结构。本专利技术还提出一种铝基非晶粉末材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：S1：按铝、镍、钪和镧系元素的摩尔原子含量百分比(83～90)：(5～8)：(0～0.8)：(5～9)称取原料铝、原料镍、铝-钪合金和铝-镧系合金；S1为配料过程，合适比例的配料以满足增材制造的要求。优选地，所述铝-钪合金中钪元素含量为2％，钪元素的添加可在铝基非晶粉末材料内部形成Al3Sc，提高铝基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝基非晶粉末材料，其特征在于，包括：铝、镍、钪和镧系元素，各元素在铝基非晶粉末材料中的摩尔原子含量百分比为：铝83～90at％，镍6～8at％，钪0～0.8at％，镧系元素6～9at％。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝基非晶粉末材料，其特征在于，包括：铝、镍、钪和镧系元素，各元素在铝基非晶粉末材料中的摩尔原子含量百分比为：铝83～90at％，镍6～8at％，钪0～0.8at％，镧系元素6～9at％。


2.如权利要求1所述的铝基非晶粉末材料，其特征在于，所述镧系元素为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥中的至少一种。


3.一种铝基非晶粉末材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按铝、镍、钪和镧系元素的摩尔原子含量百分比(83～90)：(5～8)：(0～0.8)：(5～9)称取原料铝、原料镍、铝-钪合金和铝-镧系合金；
S2：将不同熔点的原料铝、铝-钪合金和铝-镧系合金按熔点由高到低依次叠置并放入熔炼室内进行真空熔化，得到铝、钪和镧系元素的金属液；
同时，对原料镍进行预热处理；
S3：将预热后的原料镍加入到所述金属液中继续进行真空熔化，直至所述镍板完全熔化，得到铝、镍、钪和镧系元素的混合液；
S4：在保温状态下将所述混合液搅拌均匀，然后对所述混合液进行雾化处理，得到所述铝基非晶粉末材料。


4.如权利要求3所述的铝基非晶粉末材料，其特征在于，所述S1中，所述铝-钪合金中钪元素含量为2％；所述铝-镧系合金中镧系元素含量为5％。


5.如权利要求3所述的铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钰青，宰雄飞，曹玄扬，周朝辉，
申请(专利权)人：长沙新材料产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43