【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铝丝材的制备，尤其涉及一种适用于3d打印的纳米颗粒增强1050铝丝材及其制备方法。
技术介绍
1、1050铝具有密度低、易加工、耐腐蚀等优异性能，其相关制品广泛应用在建筑、电子产品、包装、交通等领域。而部分领域的小批量复杂结构产品对1050铝的复杂形状成形能力和力学性能的改善有进一步的需求。因而，复杂形状3d打印成型技术与1050铝丝材的结合能够解决性能与复杂构型的需求，这对推动1050铝在相关民用行业的应用具有积极的意义。
2、陶瓷颗粒增强铝基复合材料，是指在铝合金基体中加入弥散分布的增强相陶瓷颗粒而获得的一类铝基复合材料。增强相具有高强度、高硬度、高熔点的特点。同时，由于增强相颗粒在金属基体中呈弥散分布，颗粒的钉扎作用可以有效地降低金属基体中晶格的位错运动，因此能够大幅度改善材料的力学性能。传统的增强相材料主要以微米或亚微米尺寸的颗粒为主。然而，近些年有研究表明，与传统的微米或亚微米尺寸的颗粒相比，同质量或同体积分数的纳米颗粒在基体中的强化效果要更加明显。
3、碳化钛陶瓷具有耐高温、高强度、高硬度等特点，其制品在冶金、电子、汽车制造、航空航天、等工业领域获得了较为广泛的应用。纳米碳化钛陶瓷颗粒继承了碳化钛陶瓷优点，目前已有少量纳米碳化钛陶瓷颗粒增强金属基复合材料方面的专利。但是在纳米碳化钛陶瓷颗粒增强轻金属丝材制备方面，尤其是可以适用于金属丝材3d打印方面的应用尚未见相关的公开报道。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种适用于3d打印的纳
2、本专利技术的目的是提出了一种适用于3d打印的纳米颗粒增强1050铝丝材的制备方法，包括以下步骤：
3、(1)将1050铝粉体、纳米碳化钛及无机盐混合均匀并进行球磨处理，过筛，得前驱粉体a；所述1050铝粉体与纳米碳化钛的体积比为1:0.01～0.1，所述1050铝粉体与纳米碳化钛的体积之和与无机盐的体积比为5～15:85～95，所述纳米碳化钛的平均粒径为40～60nm；
4、(2)将步骤(1)所述前驱粉体a进行真空加热，待粉体熔化后将所得熔体进行超声分散处理，然后冷却，所得块状固体粉碎至粉体颗粒粒径＜5mm，得前驱粉体b；所述真空加热时的真空度≤6×10-2pa；
5、(3)将步骤(2)所得前驱粉体b置于去离子水中溶解搅拌，随后对溶解后的悬浊液进行沉淀，再将上层悬浊液倒出，留下底层黑色的颗粒状物质，并重复本步骤3～5次，得底层混合溶液c；
6、(4)将步骤(3)所得底层混合溶液c经抽滤、烘干后，所得黑色粉末依次进行粉碎和过筛处理，即得纳米颗粒增强1050铝复合粉体，此时复合粉体中的纳米颗粒含量的体积分数在0.68％～4.5％；
7、(5)将步骤(4)所得复合粉体与1050铝粉末经混合后进行粉末冶金烧结，即得到所述具有纳米颗粒增强1050铝的块体材料，烧结后的块体材料中，纳米颗粒的体积含量介于0.5％～1.5％之间；
8、(6)将步骤(5)所得纳米颗粒增强1050铝的块体材料经加热后放入到挤压机中，经挤压后即可得到具有纳米颗粒增强1050铝的线材材料；
9、(7)将步骤(6)中所得具有纳米颗粒增强1050铝的线材材料经过拉拔，即可得到具有所需直径的纳米颗粒增强1050铝丝材，丝材材料中纳米颗粒增强相的体积百分含量介于0.5％～1.5％之间。
10、本专利技术将纳米碳化钛陶瓷颗粒引入到1050铝基体当中，进而通过热挤压-拉拔获得具有纳米碳化钛颗粒增强的1050铝丝材，利用纳米颗粒的强化作用提高复合材料的力学性能和耐磨性能，这对扩大1050铝复合材料在工业领域中的应用具有积极的意义。
11、本专利技术专利技术人经过多次实验后发现，若选用纳米碳化钛添加含量和粒径尺寸选取的不当，不仅无法保证最终丝材的制备，可能还会造成性能上的削弱；当碳化钛颗粒的粒径过大，颗粒太粗，不易在混合熔炼过程中引入到1050粉体内部，从而无法起到很好的颗粒增强作用；而若纳米颗粒的粒径过小，不易改善纳米颗粒的团聚缺陷，导致拉拔后的丝材中纳米颗粒难以实现有效分散，反而不利于材料性能的提高。而当前驱粉体a中的纳米碳化钛的相对含量过高时，会导致部分纳米颗粒的团聚导致分散不均匀以及纳米颗粒利用率的降低，从而降低颗粒的分散效果和增加成本。此外，当设计的丝材中，纳米碳化钛颗粒的体积含量大于1.5％时，在实际拉拔状态下，除了会导致材料的变形性能快速变差外，也会增加拉拔过程中丝材的断裂几率。
12、本专利技术所述纳米颗粒增强1050铝丝材的制备方法采用熔盐-超声分散-清洗-过滤-粉末烧结-热挤压-拉拔结合的方法制备产品，利用熔化后的液态金属1050铝、碳化钛陶瓷颗粒以及熔盐互不相溶的特点，通过熔盐作为分散载体，有效的将特定纳米尺寸的固体陶瓷颗粒引入至液态1050铝液中，又通过超声分散使所述增强材料颗粒均匀弥散在液体金属中，由于碳化钛具有高强度、高硬度、耐高温及热膨胀系数小等优点，所述方法制备的金属粉末材料具有硬度高、强度高、耐磨性高等特性，为扩展高强度1050铝复合材料在工业领域中的应用提供了原料上的保证和新的思路；同时，纳米碳化钛颗粒增强1050铝基粉末材料同样能够扩展1050铝基复合材料在增材制造、热等静压和粉末冶金领域的应用。本专利技术所述材料制备方法操作步骤简单，重复性高，安全环保，可实现工业化小规模生产。
13、优选地，步骤(1)所述1050铝粉体的平均粒径为10～53μm，无机盐的平均粒径为500～650μm。
14、经过专利技术人多次对比实验后发现，纳米碳化钛若添加量过大，则可能导致纳米颗粒团聚在液态金属表面，引起超声分散效率降低，起不到弥散强化的作用，所述碳化钛尺寸的限定也无法改善所述缺陷；若添加量过少则无法实现预期的性能增强效果。在所述比例下纳米碳化钛陶瓷颗粒在熔体中经超声分散后的弥散均匀性较好。
15、此外，无机盐作为1050铝及增强颗粒在熔盐-分散时的载体，若比例不当也必然引起材料均匀性及生产效率上的问题。
16、优选地，步骤(1)所述1050铝粉体、纳米碳化钛及无机盐在进行球磨处理时采用的球磨介质为碳化钛研磨球，m(碳化钛研磨球)：m(1050铝粉体+纳米碳化钛+无机盐)＝3～5:1；所述球磨处理的时间为12～24h，转速为250～300r/min。采用增强材料相同材质的研磨球进行球磨处理，同时限定所述球磨原料的尺寸及球磨参数，可有效提高球磨效率，且不宜引入杂质。
17、所述无机盐包括氯化钾、氯化钙中的至少一种。两种无机盐性质相近，可在任意比例下混合并有效作为熔盐及分散本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于3D打印的纳米颗粒增强1050铝丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述1050铝粉体的平均粒径为10～53μm，无机盐的平均粒径为500～650μm，所述1050铝粉体、纳米碳化钛及无机盐在进行球磨处理时采用的球磨介质为碳化钛研磨球，m(碳化钛研磨球)：m(1050铝粉体+纳米碳化钛+无机盐)＝3～5:1；所述球磨处理的时间为12～24h，转速为250～300r/min。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述真空加热的温度为800℃～830℃，时间为5～10min；超声分散处理的时间为2～3min，功率为800～1000W。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述悬浊液沉淀的时间为1～2min；步骤(4)所述烘干的温度为100℃～150℃。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述复合粉体与1050铝粉体按照金属丝材所需的纳米颗粒含量进行混合，然后进行烧结，所述粉末冶金烧结温度
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述纳米颗粒增强1050铝的块体材料的加热温度为400℃～430℃，所述块体材料的挤压比为80～150。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)所述线材材料需要在300℃～350℃进行去应力退火处理，挤压后的线材材料在拉拔过程中，其拉拔速度为10～30m/min。
8.权利要求1或2所述的制备方法制备得到的适用于3D打印的纳米颗粒增强1050铝丝材。
9.权利要求8所述的纳米颗粒增强1050铝丝材在3D打印中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于3d打印的纳米颗粒增强1050铝丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述1050铝粉体的平均粒径为10～53μm，无机盐的平均粒径为500～650μm，所述1050铝粉体、纳米碳化钛及无机盐在进行球磨处理时采用的球磨介质为碳化钛研磨球，m(碳化钛研磨球)：m(1050铝粉体+纳米碳化钛+无机盐)＝3～5:1；所述球磨处理的时间为12～24h，转速为250～300r/min。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述真空加热的温度为800℃～830℃，时间为5～10min；超声分散处理的时间为2～3min，功率为800～1000w。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述悬浊液沉淀的时间为1～2min；步骤(4)所...
【专利技术属性】
技术研发人员：田卓，冯波，冯晓伟，林颖菲，尹翠翠，路建宁，
申请(专利权)人：广东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：
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