CN113134625A - 一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,涉及增材制造技术领域,能够改善铝基复合材料微观组织中增强相的分布均匀性以及与基体的界面结合性,显著提高铝基复合材料零件的强度与弹性模量;该方法步骤包括:S1、配备用于激光选区熔化成形的复合材料的原材料;所述原材料为SiC颗粒与AlSi 10Mg粉末的混合粉末;S2、将要成形的零件数据导入3D打印软件中,并将要成形零件的二维截面数据导入激光选区熔化成形设备中;S3、按照预设的工艺参数和扫描策略进行激光选区熔化成形;S4、去除零件表面的浮粉,采用切割的方式将零件与基板分离并对零件进行喷砂处理。本发明提供的技术方案适用于增材制造的过程中。

Description

一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域,尤其涉及一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法。
背景技术
铝基复合材料综合了基体铝合金和增强颗粒的优点,具有高比强度和比模量、耐磨、耐腐蚀等优异的物理化学性能,被广泛应用航空航天领域。铝基复合材料的传统制备工艺有原位合成法、粉末冶金法、熔体浸渗法、搅拌铸造法、喷射沉积法和超声法,由于增强颗粒与铝合金基体之间的物理、化学性能差异较大,采用传统工艺制备时铝合金基体不能有效润湿增强相,增强颗粒与铝合金基体的结合界面强度较差,造成铝基复合材料的整体力学性能较低,严重影响高强铝基复合材料的应用。尤其对于形状复杂的零件,传统制造工艺流程复杂,增强颗粒在基体内分布不均匀,微观组织均匀性差,加工精度难以保证,甚至成形失败。
使用激光选区熔化技术成形AlSi10Mg与SiC的混合粉末,通过优选的成形工艺参数和特殊扫描策略,在独特的工艺特性和最优的能量输入下,成形过程中的熔池具有良好的稳定性,SiC颗粒与熔融铝基体之间的原位反应充分,生成的Al4SiC4增强体在铝基体内分布均匀,显著提高铝基复合材料零件的强度和弹性模量,同时,由于激光选区熔化成形无需模具,显著缩短了生产周期。
中国发明专利CN111235417A公开了一种激光选区熔化成形的高性能铝基复合材料及其制备方法,该发明方法是通过球磨和激光选区熔化成形两个部分实现。通过球磨AlSi10Mg合金96-97%、亚微米SiC陶瓷颗粒2%、纳米TiC陶瓷颗粒1-2%获得原材料,该粉体设计能有效促进铝基复合材料在激光选区熔化成形过程中熔池的非均匀形核,细化晶粒,改善铝基复合材料的综合机械性能。但该发明通过球磨工艺获得原材料,显著破坏用于激光选区熔化成形时的粉末形态,不利于成形质量的提高。
中国发明专利CN10798 3957A公开了一种改进三氧化二铝增强铝基复合材料零件的成形方法,该方法通过对改进铝合金金属粉末预处理,随后与Al2O3陶瓷粉末混合,得到成形材料并进行激光选区熔化成形。该发明方法使用的增强体颗粒为Al2O3陶瓷,并将铝合金粉末与Al2O3陶瓷球磨,破坏粉末形态,破坏成形时的铺粉效果,降低成形质量。
以上的技术方案均有其不足之处。
因此,有必要研究一种新的激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法来应对现有技术的不足,以解决或减轻上述一个或多个问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,能够改善铝基复合材料微观组织中增强相的分布均匀性以及与基体的界面结合性,显著提高铝基复合材料零件的强度与弹性模量。
一方面,本发明提供一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,其特征在于,所述方法的步骤包括:
S1、配备用于激光选区熔化成形的复合材料的原材料;所述原材料为SiC颗粒与AlSi10Mg粉末的混合粉末;
S2、将要成形的零件数据导入3D打印软件中,并将要成形零件的二维截面数据导入激光选区熔化成形设备中;添加完支撑并切片后,将得到的二维截面数据导入激光选区熔化成形设备中;
S3、按照预设的工艺参数和扫描策略进行激光选区熔化成形;
S4、去除零件表面的浮粉,采用切割的方式将零件与基板分离并对零件进行喷砂处理。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述混合粉末具体为:粒径为0-53μm的球形AlSi10Mg粉末与平均粒径为10μm的多角形SiC颗粒,按照质量比9:1机械混合的粉末,所述粉末经干燥处理。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,激光选区熔化成形的工艺参数为:激光功率280-330W,扫描速度800-1100mm/s,扫描间距0.11-0.13mm,层厚0.02-0.04mm。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,扫描策略具体为:两次条带状扫描。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,步骤S3的熔化成形过程在惰性气氛下进行,成形前通过刮刀装置在成形基板上均匀铺一层混合粉末,激光束在振镜的控制下选择性地熔化混合粉末。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,AlSi10Mg粉末的松装密度≥1.2g/cm3,安息角≤40°。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,AlSi10Mg粉末的化学成分及质量百分比为:Si:9.0-11.0%,Mg:0.2-0.45%,Ti:≤0.15%,Mn:≤0.15%,Fe:≤0.55%,Cu:≤0.05%,Ni:≤0.05%,Pb:≤0.05%,Zn:≤0.10%,其他元素:≤0.15%,余量为Al;AlSi10Mg粉末为球形粉末,粒径≤53μm的重量百分比不小于95%,粒径>53μm的重量百分比小于5%;AlSi10Mg粉末中D10最小值为15μm,D10最大值为20μm;AlSi10Mg粉末中D90最小值为50μm,D90最大值为65μm。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,机械混合的转速为190-210r/min,混合时间3.5-4.5h。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,干燥处理的参数包括:干燥温度为75-85℃,干燥时间为110-130min。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,步骤S3中激光选区熔化成形前需对基板进行预热,预热温度为30-40℃。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,两次条带状扫描时的扫描工艺具体为:第一次扫描的激光功率为310-330W,扫描速度为890-950mm/s,第二次扫描的激光功率为280-300W,扫描速度为1000-1100mm/s。
与现有技术相比,上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果:采用独特的工艺特性和最优的能量输入,成形过程中的熔池具有良好的稳定性;激光功率、扫描速度、扫描间距三者共同决定了成形时的能量输入,能量输入过高或者过低都会导致成形零件缺陷较多,缺陷主要有孔隙、未熔合以及裂纹,在该工艺参数和扫描策略下成形的试样通过金相观察发现无孔隙、裂纹等缺陷,同时采用阿基米德排水法测试成形试样的致密度可达99.5%以上,达到了几乎全致密的状态;
上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果:SiC颗粒与熔融铝基体之间的原位反应充分,生成的Al4SiC4增强体在铝基体内分布均匀,显著提高铝基复合材料零件的强度和弹性模量;
上述技术方案中的再一个技术方案具有如下优点或有益效果:由于激光选区熔化成形无需模具,显著缩短了生产周期;
上述技术方案中的又一个技术方案具有如下优点或有益效果:本发明采用机械混合的方式获得原材料,使得原材料中SiC颗粒分布更均匀,且AlSi10Mg粉末形态依然保持为球形。
当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例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发明的一些实施例,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它的附图。
图1是本发明一个实施例提供的激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法的流程图;
图2是本发明一个实施例提供的方法制备得到的高强铝基复合材料的微观组织图;其中,图2(a)为实施例1复合材料的微观组织图,图2(b)为实施例2复合材料的微观组织图,图2(c)为实施例3复合材料的微观组织图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
本发明提供一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,该方法通过激光选区熔化技术成形AlSi10Mg与SiC的混合粉末,采用优选的成形工艺参数和特殊扫描策略进行高强铝基复合材料零件的制造,在独特的工艺特性和最优的能量输入下,成形过程中的熔池具有良好的稳定性,SiC颗粒与熔融铝基体之间的原位反应充分,生成的Al4SiC4增强体在铝基体内分布均匀,显著提高铝基复合材料零件的强度和弹性模量;同时,由于激光选区熔化成形无需模具,显著缩短了生产周期。
一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,其步骤包括:
步骤1:获得激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的原材料,原材料为SiC与AlSi10Mg的混合粉末,混合粉末为将粒径分布为0-53μm,球形AlSi10Mg粉末与平均粒径为10μm的多角形SiC颗粒按照质量百分比为90:10进行机械混合,对机械混合完成后的粉末进行干燥处理;
步骤2:将要成形的零件以STL格式导入3D打印处理软件中,对要成形零件添加支撑,对添加完支撑的零件进行切片处理得到二维截面数据信息,将二维截面数据导入激光选区熔化成形设备中;
步骤3:激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的工艺参数为激光功率280-320W,扫描速度900-1100mm/s,扫描间距0.12mm,基板预热温度35℃,层厚0.03mm,扫描策略为两次条带状扫描,所述激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件在惰性气体环境下进行,成形时刮刀装置均匀的在成形基板上铺一层粉末,激光束在振镜的控制下选择性的熔化混合粉末;
步骤4:激光选区熔化工艺成形完高强铝基复合材料零件后,去除零件表面的浮粉,将基板与高强铝基复合材料零件从激光选区熔化设备中取出,采用电火花线切割工艺将零件与基板分离,对高强铝基复合材料零件进行去支撑和喷砂处理。
实施例1:
一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,采用本发明方法制备飞机舱门摇臂,其步骤包括:
(1)选择粒径分布为0-53μm的球形AlSi10Mg粉末,松装密度≥1.2g/cm3,安息角≤40°,AlSi10Mg粉末化学成分及质量百分比如下:Si:9.0-11.0%,Mg:0.2-0.45%,Ti:≤0.15%,Mn:≤0.15%,Fe:≤0.55%,Cu:≤0.05%,Ni:≤0.05%,Pb:≤0.05%,Zn:≤0.10%,其他元素总共:≤0.15%,余量为Al;球形AlSi10Mg粉末中粒径≤53μm的重量百分比不小于95%,粒径>53μm的重量百分比小于5%;球形AlSi10Mg粉末中D10最小值为15μm,最大值为20μm,球形AlSi10Mg粉末中D90最小值为50μm,D90最大值为65μm;选择纯度不小于99.9%,平均粒径为10μm的多角形SiC颗粒;将SiC颗粒与球形AlSi10Mg粉末按照质量百分比为10:90进行机械混合,机械混合时的转速为200r/min,混合时间4h;对机械混合后的AlSi10Mg与SiC混合粉末进行干燥处理,干燥温度为80℃,干燥时间为2h,干燥完成后获得激光选区熔化成形飞机舱门摇臂的原材料。
(2)将飞机舱门摇臂零件以STL格式导入3D打印处理软件中,对飞机舱门摇臂添加支撑,对添加完支撑的零件进行切片处理得到二维截面数据信息,将二维截面数据导入激光选区熔化成形设备中,所述激光选区熔化成形设备为铂力特S320设备。
(3)采用铂力特S320设备成形高强铝基复合材料飞机舱门摇臂零件,所述激光选区熔化成形时基板预热温度为35℃,在惰性气体环境下进行,惰性气体为纯度大于99.999%的氩气,所述激光选区熔化成形飞机舱门摇臂零件的扫描策略为两次条带状扫描,铺粉装置均匀的在基板上铺一层混合粉末,扫描振镜控制激光束以激光功率为310W,扫描速度为950mm/s,扫描间距为0.12mm进行第一次扫描,扫描完成后,扫描振镜控制激光束以激光功率为290W,扫描速度为1000mm/s,扫描间距为0.12mm进行第二次扫描,两次扫描完成后,铺粉装置在成形基板上铺一层新的混合粉末,重复进行以上成形过程,直至最终舱门摇臂零件制造完成。
(4)激光选区熔化工艺成形完飞机舱门摇臂零件后,去除零件表面的浮粉,将基板与飞机舱门摇臂零件从激光选区熔化铂力特S320设备中取出,采用电火花线切割工艺将零件与基板分离,分离时线切割丝的运动速度为5mm/s;使用钳具或刀具去除飞机舱门摇臂零件的支撑,使用50-60目的玻璃珠,对飞机舱门摇臂零件进行20分钟喷砂处理。
实施例2:
一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,采用本发明方法制备飞机舱门摇臂,其步骤包括:
(1)选择粒径分布为0-53μm的球形AlSi10Mg粉末,松装密度≥1.2g/cm3,安息角≤40°,AlSi10Mg粉末化学成分及质量百分比如下:Si:9.0-11.0%,Mg:0.2-0.45%,Ti:≤0.15%,Mn:≤0.15%,Fe:≤0.55%,Cu:≤0.05%,Ni:≤0.05%,Pb:≤0.05%,Zn:≤0.10%,其他元素总共:≤0.15%,余量为Al;球形AlSi10Mg粉末中粒径≤53μm的重量百分比不小于95%,粒径>53μm的重量百分比小于5%;球形AlSi10Mg粉末中D10最小值为15μm,最大值为20μm,球形AlSi10Mg粉末中D90最小值为50μm,D90最大值为65μm;选择纯度不小于99.9%,平均粒径为10μm的多角形SiC颗粒;将SiC颗粒与球形AlSi10Mg粉末按照质量百分比为10:90进行机械混合,机械混合时的转速为200r/min,混合时间4h;对机械混合后的AlSi10Mg与SiC混合粉末进行干燥处理,干燥温度为80℃,干燥时间为2h,干燥完成后获得激光选区熔化成形飞机舱门摇臂零件的原材料。
(2)将飞机舱门摇臂零件以STL格式导入3D打印处理软件中,对飞机舱门摇臂添加支撑,对添加完支撑的零件进行切片处理得到二维截面数据信息,将二维截面数据导入激光选区熔化成形设备中,所述激光选区熔化成形设备为EOS M280设备。
(3)采用EOS M280设备成形飞机舱门摇臂零件,所述激光选区熔化成形时基板预热温度为35℃,在惰性气体环境下进行,惰性气体为纯度大于99.999%的氩气,所述激光选区熔化成形高强铝基复合材料飞机舱门摇臂零件的扫描策略为两次条带状扫描,铺粉装置均匀的在基板上铺一层混合粉末,扫描振镜控制激光束以激光功率为320W,扫描速度为900mm/s,扫描间距为0.12mm进行第一次扫描,扫描完成后,扫描振镜控制激光束以激光功率为280W,扫描速度为1050mm/s,扫描间距为0.12mm进行第二次扫描,两次扫描完成后,铺粉装置在成形基板上铺一层新的混合粉末,重复进行以上成形过程,直至最终舱门摇臂零件制造完成。
(4)激光选区熔化工艺成形完飞机舱门摇臂零件后,去除零件表面的浮粉,将基板与飞机舱门摇臂零件从激光选区熔化EOS M280设备中取出,采用电火花线切割工艺将零件与基板分离,分离时线切割丝的运动速度为5mm/s;使用钳具或刀具去除飞机舱门摇臂零件的支撑,使用50-60目的玻璃珠,对飞机舱门摇臂零件进行20分钟喷砂处理。
实施例3:
一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,采用本发明方法制备飞机舱门摇臂,其步骤包括:
(1)选择粒径分布为0-53μm的球形AlSi10Mg粉末,松装密度≥1.2g/cm3,安息角≤40°,AlSi10Mg粉末化学成分及质量百分比如下:Si:9.0-11.0%,Mg:0.2-0.45%,Ti:≤0.15%,Mn:≤0.15%,Fe:≤0.55%,Cu:≤0.05%,Ni:≤0.05%,Pb:≤0.05%,Zn:≤0.10%,其他元素总共:≤0.15%,余量为Al;球形AlSi10Mg粉末中粒径≤53μm的重量百分比不小于95%,粒径>53μm的重量百分比小于5%;球形AlSi10Mg粉末中D10最小值为15μm,最大值为20μm,球形AlSi10Mg粉末中D90最小值为50μm,D90最大值为65μm;选择纯度不小于99.9%,平均粒径为10μm的多角形SiC颗粒;将SiC颗粒与球形AlSi10Mg粉末按照质量百分比为10:90进行机械混合,机械混合时的转速为200r/min,混合时间4h;对机械混合后的AlSi10Mg与SiC混合粉末进行干燥处理,干燥温度为80℃,干燥时间为2h,干燥完成后获得激光选区熔化成形飞机舱门摇臂零件的原材料。
(2)将飞机舱门摇臂零件以STL格式导入3D打印处理软件中,对飞机舱门摇臂添加支撑,对添加完支撑的零件进行切片处理得到二维截面数据信息,将二维截面数据导入激光选区熔化成形设备中,所述激光选区熔化成形设备为EOS M290设备。
(3)采用EOS M290设备成形高强铝基复合材料飞机舱门摇臂零件,所述激光选区熔化成形时基板预热温度为35℃,在惰性气体环境下进行,惰性气体为纯度大于99.999%的氩气,所述激光选区熔化成形高强铝基复合材料飞机舱门摇臂零件的扫描策略为两次条带状扫描,铺粉装置均匀的在基板上铺一层混合粉末,扫描振镜控制激光束以激光功率为320W,扫描速度为950mm/s,扫描间距为0.12mm进行第一次扫描,扫描完成后,扫描振镜控制激光束以激光功率为285W,扫描速度为1050mm/s,扫描间距为0.12mm进行第二次扫描,两次扫描完成后,铺粉装置在成形基板上铺一层新的混合粉末,重复进行以上成形过程,直至最终舱门摇臂零件制造完成。
(4)激光选区熔化工艺成形完高强铝基复合材料飞机舱门摇臂零件后,去除零件表面的浮粉,将基板与飞机舱门摇臂零件从激光选区熔化EOS M290设备中取出,采用电火花线切割工艺将零件与基板分离,分离时线切割丝的运动速度为5mm/s;使用钳具或刀具去除飞机舱门摇臂零件的支撑,使用50-60目的玻璃珠,对飞机舱门摇臂零件进行20分钟喷砂处理。
本发明提出的一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,通过简单机械混合获得激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的原始材料,通过优选AlSi 10Mg粉末的粒径分布、化学成分、流动性、松装密度和SiC颗粒的粒径等特性,获得具有最优特性的混合粉末,优化成形工艺参数和扫描策略,获得最佳的能量输入使得成形过程中的熔池具有良好的稳定性,SiC颗粒与熔融铝基体之间的原位反应充分,SiC颗粒和原位反应生成的Al4SiC4颗粒在铝基体内分布均匀,条带状Al4SiC4与基体结合紧密,显著提高铝基复合材料零件的强度和弹性模量。
采用本发明提出的一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,制备出标准力学性能测试试样并对其微观结构进行观察。拉伸测试结果表明抗拉强度最高达到450MPa,弹性模量达到84GPa,与基体铝合金相比,弹性模量提高20%。图2示出了三个实施例获得的复合材料的微观组织,可以清晰地看到SiC和Al4SiC4增强相。Al4SiC4增强相的形态有颗粒状和条带状两种,SiC增强相为颗粒状,整体上看增强相在铝合金基体中呈均匀分布,在多相增强的作用下,该铝基复合材料的性能与基体铝合金相比得到大幅提高。
以上对本申请实施例所提供的一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语,故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内,本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题,基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式,然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的,并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解,本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例,但如前所述,应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述申请构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围,则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,其特征在于,所述方法的步骤包括:
S1、配备用于激光选区熔化成形的复合材料的原材料;所述原材料为SiC颗粒与AlSi10Mg粉末的混合粉末;
S2、将要成形的零件数据导入3D打印软件中,并将要成形零件的二维截面数据导入激光选区熔化成形设备中;
S3、按照预设的工艺参数和扫描策略进行激光选区熔化成形;
S4、去除零件表面的浮粉,采用切割的方式将零件与基板分离并对零件进行喷砂处理。
2.根据权利要求1所述的激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,其特征在于,所述混合粉末具体为:粒径为0-53μm的球形AlSi10Mg粉末与平均粒径为10μm的多角形SiC颗粒,按照质量比9:1机械混合的粉末,所述粉末经干燥处理。
3.根据权利要求1所述的激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,其特征在于,激光选区熔化成形的工艺参数为:激光功率280-330W,扫描速度800-1100mm/s,扫描间距0.11-0.13mm,层厚0.02-0.04mm。
4.根据权利要求1所述的激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,其特征在于,扫描策略具体为:两次条带状扫描。
5.根据权利要求1所述的激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,其特征在于,步骤S3的熔化成形过程在惰性气氛下进行,成形前通过刮刀装置在成形基板上均匀铺一层混合粉末,激光束在振镜的控制下选择性地熔化混合粉末。
6.根据权利要求1所述的激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,其特征在于,AlSi10Mg粉末的松装密度≥1.2g/cm3,安息角≤40°。
7.根据权利要求1所述的激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,其特征在于,AlSi10Mg粉末的化学成分及质量百分比为:Si:9.0-11.0%,Mg:0.2-0.45%,Ti:≤0.15%,Mn:≤0.15%,Fe:≤0.55%,Cu:≤0.05%,Ni:≤0.05%,Pb:≤0.05%,Zn:≤0.10%,其他元素:≤0.15%,余量为Al;AlSi10Mg粉末为球形粉末,粒径≤53μm的重量百分比不小于95%,粒径>53μm的重量百分比小于5%;AlSi10Mg粉末中D10最小值为15μm,D10最大值为20μm;AlSi10Mg粉末中D90最小值为50μm,D90最大值为65μm。
8.根据权利要求2所述的激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,其特征在于,机械混合的转速为190-210r/min,混合时间3.5-4.5h。
9.根据权利要求2所述的激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,其特征在于,干燥处理的参数包括:干燥温度为75-85℃,干燥时间为110-130min。
10.根据权利要求1所述的激光选区熔化成形高强铝基复合材料零件的方法,其特征在于,步骤S3中激光选区熔化成形前需对基板进行预热,预热温度为30-40℃。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114525434A (zh) * 2022-04-22 2022-05-24 西安欧中材料科技有限公司 一种SiC诱导多相增强铝基复合材料及其制备方法
CN116144988A (zh) * 2023-02-07 2023-05-23 国营芜湖机械厂 一种用于增材制造的铝合金粉末及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103045914A (zh) * 2012-12-06 2013-04-17 南京航空航天大学 一种纳米碳化硅增强铝基复合材料的制备方法
CN108480625A (zh) * 2018-03-12 2018-09-04 北京工业大学 一种基于选区激光熔化技术的碳化硅颗粒增强铝基复合材料成形方法
CN109266916A (zh) * 2018-09-17 2019-01-25 南方科技大学 3d打印用铝合金复合材料、3d打印制品及其制备方法
CN110331324A (zh) * 2019-06-28 2019-10-15 西安交通大学 一种用于增材制造的陶瓷-铝复合材料、制备方法及陶瓷-铝复合材料结构件增材制造方法
CN111360257A (zh) * 2020-03-27 2020-07-03 中国商用飞机有限责任公司 一种提升3d打印高强铝合金粉末成形性的方法
CN112338188A (zh) * 2020-09-22 2021-02-09 飞而康快速制造科技有限责任公司 一种钨合金增材的制备方法
US20220288676A1 (en) * 2019-05-02 2022-09-15 Tekna Systèmes Plasma Inc. Additive manufacturing powders with improved physical characteristics, method of manufacture and use thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103045914A (zh) * 2012-12-06 2013-04-17 南京航空航天大学 一种纳米碳化硅增强铝基复合材料的制备方法
CN108480625A (zh) * 2018-03-12 2018-09-04 北京工业大学 一种基于选区激光熔化技术的碳化硅颗粒增强铝基复合材料成形方法
CN109266916A (zh) * 2018-09-17 2019-01-25 南方科技大学 3d打印用铝合金复合材料、3d打印制品及其制备方法
US20220288676A1 (en) * 2019-05-02 2022-09-15 Tekna Systèmes Plasma Inc. Additive manufacturing powders with improved physical characteristics, method of manufacture and use thereof
CN110331324A (zh) * 2019-06-28 2019-10-15 西安交通大学 一种用于增材制造的陶瓷-铝复合材料、制备方法及陶瓷-铝复合材料结构件增材制造方法
CN111360257A (zh) * 2020-03-27 2020-07-03 中国商用飞机有限责任公司 一种提升3d打印高强铝合金粉末成形性的方法
CN112338188A (zh) * 2020-09-22 2021-02-09 飞而康快速制造科技有限责任公司 一种钨合金增材的制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114525434A (zh) * 2022-04-22 2022-05-24 西安欧中材料科技有限公司 一种SiC诱导多相增强铝基复合材料及其制备方法
CN116144988A (zh) * 2023-02-07 2023-05-23 国营芜湖机械厂 一种用于增材制造的铝合金粉末及其制备方法

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