一种用于金属3D打印的AlSiC复合材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种用于金属3D打印的AlSiC复合材料的制备方法及其应用，所述复合材料由下述配比的物质组成：体积分数为5～25％的碳化硅，余量为铝合金。所述的复合材料采用3D打印方法制备，通过配料、预处理、混粉、烘粉、3D打印制得。本发明专利技术的复合材料具有其高的比刚度、比强度、低的热膨胀系数及优良的耐摩擦性能等优点，可广泛应用于航空航天、汽车等领域的结构件。

【技术实现步骤摘要】
一种用于金属3D打印的AlSiC复合材料的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种用于金属3D打印的AlSiC复合材料的制备方法及其应用，属于金属基复合材料及3D打印材料制备领域。
技术介绍
航空航天的快速发展对材料性能提出了更高要求，性能单一的材料已不能满足材料日益苛刻的使用环境，集多种优良性能于一身的铝基复合材料由于其高的比刚度、比强度、低的热膨胀系数及优良的耐摩擦性能，在航空航天材料的应用领域崭露头角。铝基复材的常见制备方法有搅拌铸造、压力浸渗、粉末冶金等，各有优缺。对于复合材料的结构件来说，材料的制备是一方面，材料的加工是另一大难点，特别是对于结构复杂，尺寸精度要求严格的零件来说。3D打印无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本，也提高了原料的利用率。开发一种3D打印制备铝基复合材料的方法，可以简化复材制备流程，缩短制备周期；更重要的是采用3DP的制备方法，还可以实现材料的近净成形，不仅提高了原材料的使用率，还能简化复合材料的加工过程。因此，制备一种3DP用铝基复合粉末，并找到合适参数实现复合粉的3D打印制备是非常有意义的。3DP打印铝基复合材料由于加入的增强颗粒为陶瓷相，而陶瓷相与基体相之间的润湿性很差，同时它们之间的热膨胀系数差异也往往较大，这就导致在成形过程中形成的液相不能均匀铺展，同时在随后的凝固过程中产生较大的收缩应力而出现裂纹。本专利技术通过调整复合粉体制备过程及打印过程的工艺，制备所得的复合材料具有优秀的力学性能，而且粉末冶金3D打印的方法也确保了制件的近净成形，方便了材料的后续加工。CN201510468611提供了一种用于3D打印的金属增韧陶瓷基复合材料，金属纤维缠绕镶嵌在陶瓷微球表面形成的金属增韧陶瓷复合微球；由如下重量份原料制备而成：陶瓷微球80-90份，金属纤维5-10份，界面改性剂1-1.5份，活性剂0.1-0.5份，粘接剂3-5份；通过界面侵蚀改性陶瓷微球表面，使陶瓷微球表面形成可镶嵌的界面，从而利用圆盘研磨机碾压使金属纤维镶嵌至界面被侵蚀的陶瓷微球表面，形成由金属纤维缠绕镶嵌在陶瓷微球表面形成的金属增韧陶瓷复合微球，不但满足3D打印所需球形的特征，而且，金属纤维呈网状在陶瓷微球表面分布，3D打印烧结后的陶瓷制品中金属以网状分布，从而实现增韧。CN201810522116公开了一种用于3D打印的金属基纳米复合材料粉末的制备方法，属于金属材料及3D打印材料制备领域。本专利技术通过熔盐辅助向目标金属中加入纳米增强体，以提高目标金属3D打印部件的强度，同时降低高热裂倾向目标金属的热裂，制备出的金属基纳米复合材料粉末能广泛用于3D打印中。本专利技术通过向目标金属中引入化学稳定的纳米增强体制备了新型的力学性能优异、热裂倾向性低、成形性能优良的金属基纳米复合材料粉末，能提高现有可打印金属粉末的力学性能，同时又可消除目前不可打印合金种类在3D打印过程中产生的热裂，拓宽金属3D打印部件的应用范围。CN201611248238公开了一种3D打印用金属基复合材料及其制备方法，包括如下组分：铁粉30-80重量份，辅助粉10-30重量份，单晶蓝宝石晶须10-30重量份，润滑剂5-15重量份，将以上配比粉末放入分散剂中，搅拌6-18h，超声处理10-30min，经过抽滤、干燥，得到3D打印用混合粉。本专利技术制得材料具有高强度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等多种性能，适用于功能性原型件和系列零件(涡轮发动机燃烧室，薄壁、复杂零部件)，被广泛应用于工业及航空航天领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于金属3D打印的AlSiC复合材料的制备方法及其应用，其特征在于，所述复合材料由下述配比的物质组成：体积分数为5～25％的碳化硅，余量为铝合金。本专利技术的优选技术方案中，所述碳化硅的含量为5-25％，优选为5-15％。本专利技术的优选技术方案中，所述碳化硅中SiC的含量不低于97％，优选含量不低于98％，更优选不低于99％。本专利技术的优选技术方案中，所述碳化硅的组成为，SiC的含量为＞99％，C的含量为＜0.2％，Fe2O3的含量为＜0.2％。本专利技术的优选技术方案中，所述碳化硅为颗粒状，优选其中值粒径为3～30μm，更优选为3-20μm，还优选为5-15μm。本专利技术的优选技术方案中，所述铝合金为粉状，优选其中值粒径D50为5～90μm，更优选为10-80μm，还优选为20-70μm，另优选为30-60μm。本专利技术的优选技术方案中，所述铝合金的组成(质量分数)为Si9.0～11.0％，Mg0.2～0.45％，Zn≤0.1％，Fe≤0.55％，Ti≤0.15％，Mn≤0.45％，O≤0.1％，余量为Al；其余元素单个含量≤0.05％，其余元素合计总含量≤0.15％。本专利技术所述的复合材料采用对复合粉末进行3D打印的方法制备，经配料、预处理、混粉、烘粉、3D打印制得。本专利技术的优选技术方案中，所述配料处理即分别称取或量取所需量的碳化硅、铝合金。本专利技术的优选技术方案中，所述预处理即酸洗、活化、镀膜处理。本专利技术的优选技术方案中，所述混粉过程的参数控制为转速为75-500rpm，更优选为100-400rpm，还优选为200-400rpm。本专利技术的优选技术方案中，所述混粉过程的混粉时间为3-12h，更优选为4-10h，还优选为6-8h。本专利技术的优选技术方案中，所述混粉处理过程中通氮气进行保护，氮气压力为0.1-0.5MPa，更优选为0.1-0.4MPa，还优选为0.15-0.35MPa。混粉结束后继续通气直至温度降至室内温度，出粉，装袋备用。本专利技术的优选技术方案中，所述烘粉处理的参数控制为温度50-150℃，优选为100-150℃；烘粉时间为2-7h，优选为4-7h。本专利技术的优选技术方案中，所述3D打印的方式为选区激光熔化(SLM)。本专利技术的优选技术方案中，所述3D打印的激光功率为200-600W，优选为300-500W。本专利技术的优选技术方案中，所述3D打印的扫描速率为500-2000mm/s，优选为500-1500mm/s。本专利技术的优选技术方案中，所述3D打印的扫描间距为0.03-0.15mm，优选为0.05-0.10mm。本专利技术的优选技术方案中，所述3D打印的预热温度为50-150℃，优选为80-140℃。本专利技术采用3D打印法制备铝碳化硅复合材料，先对碳化硅进行预处理，高速均匀混合碳化硅粉与铝合金粉，制得铝碳化硅复合粉；对复合粉进行烘粉处理实施3D打印，制得铝碳化硅的复合材料制件。本专利技术的目的在于提供一种航空航天、汽车等领域结构件或电子元器件封装或散热壳体的制备方法。本专利技术的优选技术方案中，所述结构件选自抗热形变结构件、耐磨结构件、轻量化航空航天结构件、机器人结构件中的任一种。为了清楚地表述本专利技术的保护范围，本专利技术对下述术语进行如下界定。中值粒径以激光粒度仪测量粉体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过3D打印制备的铝碳化硅复合材料，其特征在于，所述复合材料由下述配比的物质组成：体积分数5~25%的碳化硅，余量为铝合金。/n

【技术特征摘要】
1.一种通过3D打印制备的铝碳化硅复合材料，其特征在于，所述复合材料由下述配比的物质组成：体积分数5~25%的碳化硅，余量为铝合金。


2.根据权利要求1所述的铝碳化硅复合材料，其特征在于包含以下步骤：
（1）按权利1提及的体积分数计算所需铝合金及碳化硅的重量并称取原料；
（2）对碳化硅进行预处理，即酸洗、活化、镀膜处理；
（3）以75-500rpm的转速，在氮气压力为0.1-0.5Mpa的气氛中混合碳化硅粉与铝合金粉制得铝碳化硅复合粉；
（4）对复合粉在50-150℃的温度条件下进行烘粉处理，时长为2-7h；
（5）对烘干后得复合粉进行3D打印，3D打印的激光功率为200-600W，预热温度为50-150℃，扫描速率为500-2000mm/s，扫描间距为0.03-0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡万谦，李振民，孟庆宇，刘干，王联波，赵春禄，
申请(专利权)人：江西宝航新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36