一种AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末及其成形加工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末，包含0.8%的ZrO2粉末。本发明专利技术还公开了一种AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末成形加工的工艺，包括S1.以Al合金板为基板，在保护气体保护下，通过刮刀铺设AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末，控制粉末层厚度为30~60μm；S2.利用激光对S1中的粉末层进行扫描，进行选区激光熔化成形，激光的扫描策略为M型；S3.利用线切割将S2中成形的样品取下，并超声清洗得到成品。本发明专利技术AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末在采取选区激光熔化增材制造成形的工艺生产合金后，相对于AlSi10Mg（基材），具有更好力学性能，在航空航天，交通运输等领域有广泛的工程应用价值。交通运输等领域有广泛的工程应用价值。交通运输等领域有广泛的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末及其成形加工工艺


[0001]本专利技术属于增材制造
，具体涉及一种AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末及其成形加工工艺。

技术介绍

[0002]随工业技术的不断发展，在航天器发动机、随形冷却结构等复杂结构的制备上，轻质AlSi10Mg合金因其高比强度、优异的导电导热性被广泛应用与研究。但由于AlSi10Mg合金的氧化性较强且具有高达91%的激光反射率，在成形过程中会出现孔隙、球化等冶金缺陷，恶化成形质量。同时因为SLM技术中快速熔化的特点，阻碍了晶粒形核，使成形零件不可避免的出现各向异性，严重限制了应用范围。据报道，ZrO2不仅可以有效的细化晶粒，还可以改变晶粒的生长模式，有利于提高合金的力学性能。
[0003]专利号为CN112853168A的中国专利公开了一种添加单元素Er和Zr的AlSi10Mg金属粉末及选区激光熔化制造工艺，其获得了抗拉强度为461
±
7MPa，硬度为156
±
7HV的样品。本专利技术在AlSi10Mg基材中添加氧化物ZrO2，制造的样品的抗拉强度为507
±
5Mpa，显微硬度为165
±
2Hv，延伸率达到4.5%，致密度达到99.7%，力学性能明显提高。
[0004]专利号为CN109280820A的中国专利公开了一种高强度铝合金（Al
‑
Si
‑
Zn
‑
Cu
‑
Mg
‑r/>X），X是Mn、Cr、Ti、Zr、Sc、Y、Er、La、Ce、Nd、Gd元素中的一种或几种，将合金粉末通过中频感应炉预合金熔炼后，进行气雾化工艺制粉，打印的样品抗拉强度超过500MPa，延伸率超过3%，这种工艺获得的材料力学性能好，但高强度铝合金价格较贵，预合金及气雾化制粉工艺复杂。
[0005]鉴于此，有必要开发一种AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末及其成形加工工艺，采用化合物ZrO2强化成形合金的性能，在母材便宜且工艺简化的基础上，可以获得优异的力学性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一个目的在于提供一种AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末；本专利技术的第一个目的由如下技术方案实施：一种AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末，以质量%计，所述AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末中包含0.8%的ZrO2粉末。
[0007]优选的，所述AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末为ZrO2粉末与AlSi10Mg金属粉末混合制成。
[0008]优选的，以质量%计，所述AlSi10Mg金属粉末包括Si：10.00%~11.00%，Mg：0.40%~0.45%，Fe：0.14%~0.55%，Cu≤0.05%，Mn：0.01~0.45%，其余为Al。
[0009]本专利技术的第二个目的在于提供一种AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末进行选区激光熔化增材制造成形的工艺；本专利技术的第二个目的由如下技术方案实施：一种选区激光熔化增材制造成形工艺，包括如下步骤：
S1. 以Al合金板为基板，在保护气体保护下，通过刮刀铺设AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末，控制粉末层厚度为30~60μm；S2. 利用激光对S1中的粉末层进行扫描，进行选区激光熔化成形，激光的扫描策略为M型；S3. 利用线切割将S2中成形的样品取下，并超声清洗得到成品。
[0010]优选的，在所述S1中，保护气体为氩气。
[0011]优选的，在所述S2中，激光扫描参数为：激光功率为350~400 W，扫描间距为60~80μm，扫描速率为1500~2750mm/s。
[0012]优选的，在所述S2中，激光的能量密度控制在68~92J/mm3。
[0013]本专利技术的优点：本专利技术提供的AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末，添加了ZrO2后复合的AlSi10Mg合金，在采取选区激光熔化增材制造成形的工艺生产合金后，可以提高抗拉强度和硬度，主要有以下几个方面：1、ZrO2在AlSi10Mg合金中具有高稳定性。
[0014]2、选区激光熔化打印的复合合金由于高的冷却速率，导致过饱和的Si在边界析出后来不及长大，获得细小的晶粒,获得细晶强化的效果。
[0015]3、选区激光熔化打印的复合合金由于粉末完全熔化，液相充足，形成较好的熔池，使工件表面各层道之间完全搭接，表面比较平滑和平整，成形质量好。
[0016]4、选区激光熔化打印的复合合金提高了合金的力学性能。
[0017]本专利技术AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末在采取选区激光熔化增材制造成形的工艺生产合金后，相对于AlSi10Mg（基材），具有更好力学性能，在航空航天，交通运输等领域有广泛的工程应用价值。
附图说明
[0018]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获得其他的附图。
[0019]图1为实施例1 AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末制备的合金样品表面典型形貌图（三维形貌）；图2为实施例2 AlSi10Mg金属粉末制备的合金样品表面典型形貌图（三维形貌）；图3为实施例1 AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末制备的合金样品扫描电镜显微组织图；图4为实施例2 AlSi10Mg金属粉末制备的合金样品的扫描电镜显微组织图；图5为实施例1 AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末制备的合金样品断口观测图；图6为实施例2 AlSi10Mg金属粉末制备的合金样品断口观测图；图7为实施例1 AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末制备的合金样品垂直于打印方向室温力学性能图（抗拉强度，显微硬度，致密度）；图8为实施例2 AlSi10Mg金属粉末制备的合金样品垂直于打印方向室温力学性能
HF,5ml HNO3,3ml HCl和H2O)蚀刻样品15s后采用FEI QUANTA 650 FEG场发射环境扫描电子显微镜分析合金试样微观组织，结果见图3和图4。
[0025]3. 使用SEM扫描合金的断口形貌，结果见图5和图6。
[0026]4.使用阿基米德排水法分析样品的致密度，结果见图7和图8。
[0027]5.使用型号为HXD
‑
1000TM的维氏硬度仪对试样进行硬度测试，加载载荷为100N，加载时间为10s。每个面测量10次，在排除最大值与最小值之后取平均值，结果见图7和图8。
[0028]6.使用型号为SHT
‑
4605万能试验机测试试样的拉伸强度及延伸率，拉伸速度为1mm/min，每组样品进行三次测试，拉伸实验结果取算术平均值，结果见图7
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9。
[0029]从图1和图2可以观测到，图2中AlSi10Mg金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末，其特征在于，以质量%计，所述AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末中包含0.8%的ZrO2粉末。2.根据权利要求1所述一种AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末，其特征在于，所述AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末为ZrO2粉末与AlSi10Mg金属粉末混合制成。3.根据权利要求1所述一种AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末，其特征在于，以质量%计，所述AlSi10Mg金属粉末包括Si：10.00%~11.00%，Mg：0.40%~0.45%，Fe：0.14%~0.55%，Cu≤0.05%，Mn：0.01~0.45%，其余为Al。4.根据权利要求1
‑
3任一所述一种AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末的成形加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1. 以Al合金板为基...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋博宇，韩永全，刘哲，孙振邦，张达兴，
申请(专利权)人：包头职业技术学院，
类型：发明
国别省市：