CN108559998A - 一种激光沉积原位制备Mg2Si/Al复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明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。本发明工艺简单，操作方便，晶粒尺寸小且力学性能好。

Description

一种激光沉积原位制备Mg2Si/Al复合材料的方法
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
发明内容
本发明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。
本发明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。
本发明的优点在于：
(1)本发明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)本发明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)采用本发明通过对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为本发明实施例1对应的SEM照片
图2为本发明实施例2对应的SEM照片
图3为本发明实施例3对应的SEM照片
图4为本发明实施例2对应的XRD谱图
图5，图6，表1为本发明实施例1对应的能谱图
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、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，进一步阐述本发明。
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发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明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发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

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。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：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。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：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。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中保护气体为氩气或氮气。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：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。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：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。
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