CN115194140A - Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Al‑Mg‑Sc‑Zr系铝基复合粉末及其制备方法和应用，该Al‑Mg‑Sc‑Zr系铝基复合粉末由Al‑Mg‑Sc‑Zr系铝合金粉末、Co‑Cr‑Ni中熵合金粉末以及氧化饵粉末组成；Co‑Cr‑Ni中熵合金粉末中，Co、Cr、Ni为等摩尔配比；Al‑Mg‑Sc‑Zr系铝合金粉末中，各组分及其重量百分比如下：1.0～5.0%的Mg，0.3～1.0%的Sc，0.05～0.35%的Zr，0.05～0.5%的Mn，0.1～0.2%的Si，0.01～0.03%的Mo，其余为Al。由本发明的Al‑Mg‑Sc‑Zr系铝基复合粉末通过激光增材成形制得的Al‑Mg‑Sc‑Zr系铝基复合材料不仅具有较高的室温抗拉强度，而且具有较好的耐高温性能，300℃抗拉强度仍然可达200MPa以上，满足目前航空航天耐热铝合金部件性能要求。
Description
技术领域
本发明属于激光增材制造技术领域，具体涉及一种Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末及其制备方法和应用。
背景技术
激光增材制造（Laser Additive Manufacturing，LAM）技术作为一种快速成形技术，能制备复杂高性能精密铝合金构件，迎合了制造业轻质高强、结构优化的发展趋势，在航空、航天、汽车、船舶等行业中都有广泛的需求。国内外对其发展极具重视，波音、空客、通用电气等公司更是对增材制造铝合金的研究推广做了重点布局。
目前，用于激光增材制造的铝合金主要是铝硅合金，例如AlSi12、AlSi7Mg、AlSi10Mg等；但是，这些铝硅合金得到的激光增材成形件抗拉强度和延伸率均较低，无法满足高性能零件的使用需求。
近年来，Al-Mg-Sc- Zr系铝合金受到航空、航天领域的重视。例如Scalmalloy合金，其抗拉强度可达490MPa，延伸率可达13%。但是，Al-Mg-Sc-Zr系铝合金强化机制单一，主要是Al3Sc纳米粒子强化，导致其耐高温性能不佳，高温下抗拉强度通常不到200MPa。
因此，同时兼顾高强度、高韧性以及耐高温性能，是Al-Mg-Sc-Zr系铝合金亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末及其制备方法和应用，由该Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末通过激光增材成形制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料不仅具有较高的室温抗拉强度，而且具有较好的耐高温性能，300℃抗拉强度仍然可达200MPa以上，满足目前航空航天耐热铝合金部件性能要求。
实现本发明目的的技术方案是：一种Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末，它是由Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末、Co-Cr-Ni中熵合金粉末以及氧化饵粉末组成。
其中，所述氧化铒粉末的重量占比为0.1～1.0%，所述Co-Cr-Ni中熵合金粉末的重量占比为1.0～5.0%，其余为所述Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末。
所述Co-Cr-Ni中熵合金粉末中，Co、Cr、Ni为等摩尔配比。
所述Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末中，各组分及其重量百分比如下：1.0～5.0%的Mg，0.3～1.0%的Sc，0.05～0.35%的Zr，0.05～0.5%的Mn，0.1～0.2%的Si，0.01～0.03%的Mo，其余为Al。
所述Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末的制备方法是将所述Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末、所述Co-Cr-Ni中熵合金粉末以及所述氧化铒粉末混合均匀，干燥，过筛，即得。
所述Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末的制备方法具有以下步骤：
S11：将各组分按照重量百分比加入到真空熔炼炉中，进行真空熔炼。
S12：采用惰性气体对金属熔滴进行气雾化处理。
S13：干燥，过150～250目筛，得到Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末。
上述步骤S11中，所述真空熔炼炉内温度为600～800℃，所述真空熔炼炉内压力为0.5～0.6MPa。
上述步骤S12中，所述气雾化处理的温度为600～800℃，压力为5～8.5MPa，时间为0.5～1.5h。
所述Co-Cr-Ni中熵合金粉末的制备方法具有以下步骤：
S21：将各组分按照等摩尔比例加入到真空熔炼炉中，进行真空熔炼。
S22：采用惰性气体对金属熔滴进行气雾化处理。
S23：干燥，过150～250目筛，得到Co-Cr-Ni中熵合金粉末。
上述步骤S21中，所述真空熔炼炉内温度为1000～1200℃，所述真空熔炼炉内压力为0.5～0.6MPa。
上述步骤S22中，所述气雾化处理的温度为1000～1200℃，压力为5～8.5MPa，时间为0.5～1.5h。
所述氧化铒粉末优选为烷基磺酸盐改性的氧化铒粉末。
所述烷基磺酸盐改性的方法如下：
S31：将氧化铒粉末分散在水溶液中，超声振荡0.1～1h。
S32：高速搅拌下，加入烷基磺酸盐表面活性剂，搅拌18～30h。
S33：离心分离，洗涤，80～100℃下干燥16～20h，最后过150～250目筛。
上述Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末在激光增材成形制备Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料上的应用。
所述激光增材成形包括激光增材和热处理。
所述激光增材工艺参数如下：激光功率为200～400W，扫描速度为500～1200mm/s，扫描间距为0.04～0.14mm，扫描层厚为0.03～0.07mm，相邻层之间的旋转角度为67°。
所述热处理工艺参数如下：温度为250～325℃，升温速度为50℃/min，保温时间为2～6h。
本发明具有的积极效果：
（1）本发明Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末通过添加Co-Cr-Ni中熵合金粉末以及氧化饵粉末，能够明显提高Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料的耐高温性能，250℃抗拉强度超过300MPa，300℃抗拉强度超过200MPa，明显高于现有的激光增材铝合金粉末的高温力学性能，满足目前航空航天耐热铝合金部件性能要求。
（2）本发明的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末中的Co-Cr-Ni中熵合金粉末平衡固溶度低，扩散系数较小，能在合金中生成沉淀颗粒，并且颗粒的粗化速度慢，借助增材成形的快冷特性可以促其生成均匀弥散的细小沉淀相，产生沉淀强化，从而提高铝基复合材料的高温强度。
（3）本发明的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末中的氧化铒粉末则会与铝反应生成Al3Er，其作为细小的第二相，一方面在合金基体中钉扎了位错，阻碍了位错运动；另一方面钉扎在晶界处，阻碍了晶界的迁移以及晶粒的长大，从而避免铝基复合材料在强度提高的同时出现断裂问题。
附图说明
图1为实施例1制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末的SEM图。
图2为应用例1～应用例4制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料的金相图；其中：应用例1对应图2i、应用例2对应图2h、应用例3对应图2j、应用例4对应图2g。
图3为应用例1制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料在25～400℃温度下的拉伸工程应力应变曲线图。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末由Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末、Co-Cr-Ni中熵合金粉末以及氧化饵粉末组成。
其中，氧化铒粉末的重量占比为0.5%，Co-Cr-Ni中熵合金粉末的重量占比为3.0%，其余为Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末。
Co-Cr-Ni中熵合金粉末中，Co、Cr、Ni为等摩尔配比。
Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末中，各组分及其重量百分比如下：4.0%的Mg、0.8%的Sc、0.25%的Zr、0.3%的Mn、0.15%的Si、0.02%的Mo，其余为Al。
本实施例的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末的制备方法，具有以下步骤：
S1：制备Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末。
S11：将各组分按照重量百分比加入到真空熔炼炉中，进行真空熔炼。
其中，真空熔炼炉内温度为700±5℃，真空熔炼炉内压力为0.5～0.6MPa。
S12：采用氩气对金属熔滴进行气雾化处理。
其中，气雾化处理温度为700±5℃，压力为7.0±0.1MPa，时间为1h。
S13：干燥，过200目筛，得到平均粒径为75μm的Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末。
S2：制备Co-Cr-Ni中熵合金粉末。
S21：将各组分按照等摩尔比例加入到真空熔炼炉中，进行真空熔炼。
其中，真空熔炼炉内温度为1100±5℃，真空熔炼炉内压力为0.5～0.6MPa。
S22：采用氩气对金属熔滴进行气雾化处理。
其中，气雾化处理温度为1100±5℃，压力为8.0±0.1MPa，时间为1h。
S23：干燥，过200目筛，得到平均粒径为75μm的Co-Cr-Ni中熵合金粉末。
S3：制备改性氧化铒粉末。
S31：将氧化铒粉末分散在水溶液中，超声振荡0.5h。
S32：高速搅拌下，加入（与氧化铒）等重量的烷基磺酸钠，搅拌24h。
S33：离心分离，用蒸馏水洗涤多次以去除未被吸附的烷基磺酸钠，接着在100℃真空干燥箱中干燥18h，最后过200目筛，得到平均粒径为75μm的改性氧化铒粉末。
S4：将步骤S1制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末、步骤S2制得的Co-Cr-Ni中熵合金粉末以及步骤S3制得的氧化铒粉末装入大型混粉设备中混合6h，然后进行干燥，最后过200目筛，得到平均粒径为75μm的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末。
本实施例制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末的SEM图见图1，由图1可以看出：本实施例制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末呈球形。
（应用例1）
采用实施例1的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末进行激光增材成形制备Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料，具体方法如下：
将基板加热至温度为150℃，然后将Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末通过激光增材工艺到基板上，接着进行热处理，得到Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料。
其中，激光增材工艺参数如下：激光功率为300W，扫描速度为1000mm/s，扫描间距为0.1mm，扫描层厚为0.05mm，相邻层之间旋转角度为67°。
热处理工艺参数如下：温度为300±5℃，升温速度为50℃/min，保温时间为4h。
本应用例制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料的金相图见图2i，由图2i可以看出：该Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料致密度极高，无裂纹和缺陷。
（试验例1）
对应用例1制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料进行室温（25℃）拉伸试验和高温拉伸试验，其工程应力应变曲线见图3。
由图3可以看出：应用例1制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料室温（25℃）抗拉强度为489MPa，250℃抗拉强度超过300MPa，300℃抗拉强度超过200MPa，明显高于现有的激光增材铝合金粉末的高温力学性能，满足目前航空航天耐热铝合金部件性能要求。
（实施例2～实施例4）
各实施例的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末的制备方法与实施例1相同，不同之处在于：各粉末的重量占比以及Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末中各组分的重量百分比，具体见表1。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 氧化饵粉末重量占比 | 0.5wt% | 0.4wt% | 0.3wt% | 0.2wt% |
| Co-Cr-Ni中熵合金粉末重量占比 | 3.0wt% | 2.5wt% | 2.0wt% | 1.5wt% |
| Mg | 4.0wt% | 3.5wt% | 3.5wt% | 3.0wt% |
| Sc | 0.8wt% | 0.8wt% | 0.5wt% | 0.5wt% |
| Zr | 0.25wt% | 0.25wt% | 0.1wt% | 0.1wt% |
| Mn | 0.3wt% | 0.2wt% | 0.2wt% | 0.1wt% |
| Si | 0.15wt% | 0.15wt% | 0.15wt% | 0.15wt% |
| Mo | 0.02wt% | 0.02wt% | 0.02wt% | 0.02wt% |
（应用例2～应用例4）
分别采用实施例2～实施例4的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末参照应用例1的激光增材成形方法制得Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料。
应用例2制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料的金相图见图2h，由图2h可以看出：该Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料致密度较高，无裂纹，缺陷极少。
应用例3制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料的金相图见图2j，由图2j可以看出：该Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料致密度一般，但无裂纹，少许缺陷。
应用例4制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料的金相图见图2g，由图2g可以看出：该Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料致密度一般，但无裂纹，少许缺陷。
（试验例2～试验例4）
对各应用例制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料进行室温（25℃）拉伸试验和高温（250℃）拉伸试验，结果见表2。
表2
| 应用例1 | 应用例2 | 应用例3 | 应用例4 | 对比应用例1 | 对比应用例2 | |
| 25℃抗拉强度 | 489MPa | 461MPa | 427MPa | 412MPa | 405MPa | / |
| 250℃抗拉强度 | 326MPa | 295MPa | 267MPa | 252MPa | 110MPa | / |
| 孔隙率 | 0.24% | 0.46% | 0.79% | 0.89% | 1.21% | 1.03% |
| 平均显微硬度 | 205HV | 186HV | 153HV | 128HV | 100HV | 112HV |
（测试例）
测试各应用例制得的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料的相关性能，结果仍见表2。
（对比例1）
本对比例的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末与实施例1的区别在于：不含Co-Cr-Ni中熵合金粉末【也即，氧化铒粉末的重量占比仍为0.5%，其余为Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末】。
本对比例的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末的制备方法与实施例1的区别在于：不含步骤S2。
（对比应用例1）
采用对比例1的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末参照应用例1的激光增材成形方法制得Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料。
测试该铝基复合材料的相关性能，结果仍见表2。
对该铝基复合材料进行室温（25℃）拉伸试验和高温（250℃）拉伸试验，结果仍见表2。
（对比例2）
本对比例的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末与实施例1的区别在于：不含氧化铒粉末【也即，Co-Cr-Ni中熵合金粉末的重量占比仍为3.0%，其余为Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末】。
本对比例的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末的制备方法与实施例1的区别在于：不含步骤S3。
（对比应用例2）
采用对比例2的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末参照应用例1的激光增材成形方法制得Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料。
测试该铝基复合材料的相关性能，结果仍见表2。
对该铝基复合材料进行室温拉伸试验，结果材料断面发生脆性断裂。
Claims (10)
1.一种Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末，其特征在于：它是由Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末、Co-Cr-Ni中熵合金粉末以及氧化饵粉末组成。
2.根据权利要求1所述的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末，其特征在于：所述氧化铒粉末的重量占比为0.1～1.0%，所述Co-Cr-Ni中熵合金粉末的重量占比为1.0～5.0%，其余为所述Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末。
3.根据权利要求1或2所述的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末，其特征在于：所述Co-Cr-Ni中熵合金粉末中，Co、Cr、Ni为等摩尔配比。
4.根据权利要求1或2所述的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末，其特征在于：所述Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末中，各组分及其重量百分比如下：1.0～5.0%的Mg，0.3～1.0%的Sc，0.05～0.35%的Zr，0.05～0.5%的Mn，0.1～0.2%的Si，0.01～0.03%的Mo，其余为Al。
5.一种权利要求1或2所述的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末的制备方法，其特征在于：将所述Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末、所述Co-Cr-Ni中熵合金粉末以及所述氧化铒粉末混合均匀，干燥，过筛，即得。
6.根据权利要求5所述的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末的制备方法，其特征在于：所述Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末的制备方法具有以下步骤：
S11：将各组分按照重量百分比加入到真空熔炼炉中，进行真空熔炼；
S12：采用惰性气体对金属熔滴进行气雾化处理；
S13：干燥，过150～250目筛，得到Al-Mg-Sc-Zr系铝合金粉末；
上述步骤S11中，所述真空熔炼炉内温度为600～800℃，所述真空熔炼炉内压力为0.5～0.6MPa；
上述步骤S12中，所述气雾化处理的温度为600～800℃，压力为5～8.5MPa，时间为0.5～1.5h。
7.根据权利要求5所述的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末的制备方法，其特征在于：所述Co-Cr-Ni中熵合金粉末的制备方法具有以下步骤：
S21：将各组分按照等摩尔比例加入到真空熔炼炉中，进行真空熔炼；
S22：采用惰性气体对金属熔滴进行气雾化处理；
S23：干燥，过150～250目筛，得到Co-Cr-Ni中熵合金粉末；
上述步骤S21中，所述真空熔炼炉内温度为1000～1200℃，所述真空熔炼炉内压力为0.5～0.6MPa；
上述步骤S22中，所述气雾化处理的温度为1000～1200℃，压力为5～8.5MPa，时间为0.5～1.5h。
8.根据权利要求5所述的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末的制备方法，其特征在于：所述氧化铒粉末为烷基磺酸盐改性的氧化铒粉末；所述烷基磺酸盐改性的方法如下：
S31：将氧化铒粉末分散在水溶液中，超声振荡0.1～1h；
S32：高速搅拌下，加入烷基磺酸盐表面活性剂，搅拌18～30h；
S33：离心分离，洗涤，80～100℃下干燥16～20h，最后过150～250目筛。
9.一种权利要求1或2所述的Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合粉末在激光增材成形制备Al-Mg-Sc-Zr系铝基复合材料上的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述激光增材成形包括激光增材和热处理；
所述激光增材工艺参数如下：激光功率为200～400W，扫描速度为500～1200mm/s，扫描间距为0.04～0.14mm，扫描层厚为0.03～0.07mm，相邻层之间的旋转角度为67°；
所述热处理工艺参数如下：温度为250～325℃，升温速度为50℃/min，保温时间为2～6h。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115772619A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-03-10 | 北京航空航天大学 | 一种含Sc、Zr过饱和元素的铝合金及其粉末冶金制备方法 |
| CN115896555A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-04-04 | 东莞理工学院 | 一种铝基复合材料及其制备方法和应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108486433A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-09-04 | 江苏科技大学 | 选区激光熔化技术用Al-Mg-Sc-Zr系铝合金组合物及成型件制备方法 |
| 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 |
| CN111842890A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-30 | 中南大学 | 一种3d打印专用高强7系铝基复合材料及其制备方法 |
| CN112126822A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-25 | 江苏大学 | 一种轧制(FeCoNiCrRn/Al)-2024Al复合板材及其制备方法 |
| CN113957294A (zh) * | 2021-09-13 | 2022-01-21 | 暨南大学 | 一种CrCoNi中熵合金增强Al基复合材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-07-17 CN CN202210838101.0A patent/CN115194140A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108486433A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-09-04 | 江苏科技大学 | 选区激光熔化技术用Al-Mg-Sc-Zr系铝合金组合物及成型件制备方法 |
| 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 |
| CN111842890A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-30 | 中南大学 | 一种3d打印专用高强7系铝基复合材料及其制备方法 |
| CN112126822A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-25 | 江苏大学 | 一种轧制(FeCoNiCrRn/Al)-2024Al复合板材及其制备方法 |
| CN113957294A (zh) * | 2021-09-13 | 2022-01-21 | 暨南大学 | 一种CrCoNi中熵合金增强Al基复合材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 程志瑶: "Al-Mg-Sc-Zr高强铝合金选区激光熔融工艺研究", AL-MG-SC-ZR高强铝合金选区激光熔融工艺研究, 15 January 2021 (2021-01-15), pages 16 - 20 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115772619A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-03-10 | 北京航空航天大学 | 一种含Sc、Zr过饱和元素的铝合金及其粉末冶金制备方法 |
| CN115896555A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-04-04 | 东莞理工学院 | 一种铝基复合材料及其制备方法和应用 |
| CN115896555B (zh) * | 2022-11-29 | 2024-05-07 | 东莞理工学院 | 一种铝基复合材料及其制备方法和应用 |
| CN115772619B (zh) * | 2022-11-29 | 2024-06-07 | 北京航空航天大学 | 一种含Sc、Zr过饱和元素的铝合金及其粉末冶金制备方法 |
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