CN115369290A - 一种核壳结构增强改性铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核壳结构增强改性铝合金材料及其制备方法，包括铝合金基体，以及分散在铝合金基体内的Ti/CeB6核壳结构增强相；其中，所述的铝合金基体为铝‑铜‑锂‑镁‑银合金；所述的Ti/CeB6核壳结构增强相为Ti包覆CeB6结构，核壳结构增强相占改性铝合金材料总质量的1～8wt.％。通过Ti/CeB6包覆原位反应生成新颖核壳结构，促进粗大柱状晶向细小等轴晶转变，以抑制铝合金在激光成形过程热裂纹形成，有效提高铝合金材料的力学性能。

Description

一种核壳结构增强改性铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷增强铝基复合材料领域，特别涉及一种核壳结构增强改性铝合金材料及其制备方法。
背景技术
铝锂合金由于其低密度和高比强度而广泛应用于飞机、航空航天和军事应用。铝锂合金的优异性能主要是由于锂元素的加入，每加入1％的锂元素可以降低3％铝合金的密度，增加约6％的弹性模量。由于铝锂合金凝固范围大、热膨胀系数高，且在凝固过程中形成低熔点共晶，因而在激光加工过程中容易产生热裂纹。为了克服上述缺点，通过在铝合金基体中复合可作为晶粒形核点的增强相，促进柱状晶向等轴晶转变，从而抑制铝合金在激光粉末床熔融成形中裂纹的产生。CeB6由于其立方晶体结构与铝合金具有相近的晶格常数，其晶胞
Figure BDA0003736724790000011
与铝的面心立方(fcc)结构
Figure BDA0003736724790000012
仅表现出2.24％的晶格失配，因此CeB6是制备铝基复合材料较为理想的增强相，若单独采用单一CeB6陶瓷增强相，激光成形过程液相粘度增加，流动性变差，陶瓷颗粒与液相之间的润湿性及界面兼容性差，导致陶瓷颗粒分布不均匀，对促进粗大枝晶向细小等轴晶转变效果不明显，难以从根本上消除热裂纹形成。
从加工工艺角度来看，目前制备陶瓷增强铝基复合材料的方法有很多，如粉末冶金、搅拌铸造、原位合成法、机械合金化法等，但增强相与金属基体之间由于成分、晶体结构及物理化学性质差异，容易产生增强相分布不均匀，尺寸和形状不易控制等缺陷，导致铝基复合材料综合性能下降。而激光粉末床熔融作为金属增材制造的先进技术，利用高能激光束进行逐层熔化粉末，可形成具有高度几何自由度的复杂构件。高度局部化的热源导致快速冷却速率(热梯度[G]～103–106K/s)，从而形成独特的非平衡微观结构，这为铝基复合材料形成新颖增强结构、晶粒细化提供了有利条件。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对铝合金在成形过程中的热裂纹敏感性，提供了一种在铝合金基体中加入核壳结构增强相，促进粗大柱状晶向细小等轴晶转变，以抑制铝合金在激光成形过程裂纹形成，提高材料的成形性，最终起到了提升材料力学性能的作用。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种核壳结构增强改性铝合金材料，包括铝合金基体，以及分散在铝合金基体内的Ti/CeB6核壳结构增强相；
其中，所述的铝合金基体为铝-铜-锂-镁-银合金；
所述的Ti/CeB6核壳结构增强相为Ti包覆CeB6结构，核壳结构增强相占改性铝合金材料总质量的1～8wt.％。
通过Ti/CeB6核壳结构增强相之间的协同作用，抑制基体在成形过程裂纹的形成，提高材料的成形性，最终起到了提升材料力学性能的作用。金属Ti粒子可以抑制CeB6陶瓷颗粒的团聚，提高了它们的成核效率。Ti在铝合金中具有高生长限制因子值，可以降低液固前沿的过冷度，快速形成成分过冷区，且由于CeB6陶瓷颗粒的加入可进一步减少富Ti液体中的临界形核过冷度，促进晶粒形核。通过Ti/CeB6包覆原位反应生成新颖核壳结构，促进粗大柱状晶向细小等轴晶转变，以抑制铝合金在激光成形过程热裂纹形成，使得Ti/CeB6核壳结构成为一种理想的复相增强体。
进一步地，本发明还要求保护上述核壳结构增强改性铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将Ti金属粉末、CeB6陶瓷粉末混合均匀，制备成金属Ti包覆CeB6的混合粉末；
(2)将步骤(1)金属Ti包覆CeB6的混合粉末与铝合金粉末混合均匀，得到Ti-CeB6-AlCuLi复合粉体；
(3)建立目标零件的三维实体几何模型，对该模型进行分层切片并规划激光扫描路径，将三维实体离散成一系列二维数据，保存并导入激光粉末床熔融成形设备中；
(4)激光粉末床熔融成形设备根据步骤(3)所导入的文件，将步骤(2)中的Ti-CeB6-AlCuLi复合粉体逐层快速熔化并凝固，即得。
优选地，步骤(1)中，所述Ti金属粉末粒径分布范围在20～45μm，纯度大于99％。
优选地，步骤(1)中，所述CeB6陶瓷粉末粒径分布范围在2～6μm，纯度大于99％。
优选地，步骤(1)中，所述Ti金属粉末、CeB6陶瓷粉末按照质量比1:1～1：2混合。
优选地，步骤(1)中，Ti金属粉末、CeB6陶瓷粉末通过球磨机在惰性气体保护下进行球磨混合；所述球磨机为Fritsch高能球磨机，采用不锈钢罐，球磨介质为直径6mm的不锈钢磨球；球料比为8：1～12：1，球磨转速为300～400rpm，球磨时间为9～13h，为防止球磨罐内温度过高，球磨时设备运行模式选用间隔式，每运行15min后暂停空冷5min。该球磨过程要求在惰性气体保护下进行，以保证铝基粉末在球磨过程中被氧化或污染。
具体地，步骤(2)中，所述铝合金粉末为铝-铜-锂-镁-银合金，其中铜含量为3.4～4.6wt.％，锂含量为0.6～1.7wt.％，镁含量0.15～1.0wt.％，银含量为0.10～0.90wt.％，余量为Al；铝合金粉末粒径分布范围在20～63μm，纯度大于99％。
优选地，步骤(2)中，所述金属Ti包覆CeB6的混合粉末，按照质量比占总的Ti-CeB6-AlCuLi复合粉体1～8wt％，与所述铝合金粉末混合。
优选地，步骤(2)中，金属Ti包覆CeB6的混合粉末与铝合金粉末，通过行星式球磨机在惰性气体保护下进行球磨均匀混合；行星式球磨机为QM系列行星式球磨机，采用不锈钢罐，球磨介质为直径6mm、8mm和10mm的不锈钢磨球；球料比为1：1～3：1，球磨转速为200～350rpm，球磨时间为3～5h。为防止球磨罐内温度过高，球磨时设备运行模式选用间隔式，每运行20min后暂停空冷10min。该球磨过程要求在惰性气体保护下进行，以保证铝基粉末在球磨过程中被氧化或污染。
步骤(4)中，所述激光粉末床熔融成形设备使用SLM-150型激光粉末床熔融设备，该设备主要包括YLR-500型光纤激光器、激光成形室、自动铺粉系统、保护气氛装置、计算机控制电路系统以及冷却循环系统。在成形前将喷砂处理的铝合金基板固定在激光粉末床熔融成形设备工作台上并进行调平，然后通过密封装置将成形腔密封、抽真空并通入惰性气体保护气氛。典型激光粉末床熔融成形过程如下：(a)铺粉装置将待加工粉末均匀铺放在成形基板上，激光束根据预先设计好的扫描路径对切片区域逐行进行扫描，使粉末层发生快速熔化/凝固，从而获得待成形零件的第一个二维平面；(b)计算机控制系统使成形基板下降一个粉层厚度，而供粉缸活塞上升一个粉层厚度，铺粉装置重新铺设一层待加工粉末，高能激光束根据切片信息完成第二层粉末扫描以获得待成形零件的第二个二维平面；(c)重复(b)步骤，待加工粉体逐层成形直至待成形零件加工完毕。优选地，激光粉末床熔融成形的激光功率为300～450w，激光扫描速度为400～1200mm/s，扫描间距为60～90μm，铺粉厚度为30～50μm，采用正交扫描策略，上述激光参数经工艺优化后确定。
可根据铝基复合材料组织及性能特点，合理选择、适当添加铝基复合材料增强相，并采用与前沿的激光粉末床熔融技术相结合的制备方法，可有效调整增强相的形貌、尺寸和分布状态，成功制备出成形质量好、综合性能优异的铝基复合材料。
有益效果：
1、本发明中核壳结构增强改性铝-铜-锂-镁-银合金材料受到激光辐照发生熔化形成熔池时，Ti/CeB6包覆结构粉末发生熔化，一方面，在Ti/CeB6包覆结构周围形成一层薄的Al3Ti过渡层，起到提高界面结合性的作用；另一方面，部分释放的Ti原子与铝合金熔体发生反应形成纳米级Al3Ti，凝固时可作为铝合金基体异质形核点，促进晶粒形核以及柱状晶往等轴晶的转变，从而充分降低其热裂纹敏感性。金属Ti粒子可以抑制CeB6陶瓷颗粒的团聚，提高了它们的成核效率。在凝固过程中，金属Ti粒子可快速形成成分过冷区，且CeB6陶瓷颗粒的加入在熔池凝固期间进一步降低富Ti液体中的临界过冷度。在它们的协同作用下，有效细化激光粉末床熔融制备的铝基复合材料的晶粒，提高其成形性和力学性能。
2、本发明中以铝-铜-锂-镁-银合金粉末以及微米级Ti和CeB6粉末为原料，取Ti金属粉末、CeB6陶瓷粉末通过高能球磨机在惰性气体保护下进行球磨混合，制备成金属Ti包覆CeB6的混合粉末，将Ti/CeB6混合粉末与铝合金粉末按照一定比例通过行星式球磨机在惰性气体保护下进行球磨均匀混合，得到用于激光增材制造的Ti-CeB6-AlCuLi复合粉体。采用激光粉末床熔融技术制备Ti/CeB6核壳结构增强铝基复合材料不仅缩短生产周期，提高产品生产效率，而且几乎无需后续机加工处理即可成形具有复杂几何形状的零件。激光粉末床熔融成形时的冷却速度极高，可达103～108K/s，有效避免传统加工工艺中粗大树枝晶的生成，提高零件的力学性能。
3、本发明通过在铝合金基体中加入Ti/CeB6核壳结构增强相，降低了其热裂纹敏感性，提高了铝基复合材料的成形性，使得其在高扫描速度下也能获得成形质量高和无裂纹的Ti/CeB6核壳结构原位改性铝-铜-锂-镁-银复合材料，而不局限于较低的扫描速度，从而提高了其成形效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为实施例1制备的Ti+CeB6/铝-铜-锂-镁-银复合材料试样的光学图像。
图2为实施例1制备的Ti+CeB6/铝-铜-锂-镁-银复合材料试样中裂纹抑制机理图。
图3为对比例1制备的Ti+CeB6/铝-铜-锂-镁-银复合材料试样的光学图像。
图4为对比例2制备的Ti/铝-铜-锂-镁-银复合材料试样的光学图像。
图5为对比例3制备的CeB6/铝-铜-锂-镁-银复合材料试样的光学图像。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
以下实施例中，所述铝合金粉末为铝-铜-锂-镁-银合金，其中铜含量为3.4～4.6wt.％，锂含量为0.6～1.7wt.％，镁含量0.15～1.0wt.％，银含量为0.10～0.90wt.％，余量为Al；粒径分布范围在20～63μm，纯度大于99％。
所使用的Ti金属粉末粒径分布范围在20～45μm，纯度大于99％。
所使用的CeB6陶瓷粉末粒径分布范围在2～6μm，纯度大于99％。
实施例1
(1)将Ti金属粉末和CeB6陶瓷粉末按照2:3的比例进行高能球磨混合，获得Ti/CeB6包覆结构粉末。所述球磨机采用Fritsch高能球磨机，采用不锈钢罐，球磨介质为直径6mm的不锈钢磨球；球料比为10：1，球磨转速为350rpm，球磨时间为11h，为防止球磨罐内温度过高，球磨时设备运行模式选用间隔式，每运行15min后暂停空冷5min。该球磨过程要求在惰性气体保护下进行，以保证铝基粉末在球磨过程中被氧化或污染。通过行星式球磨机将高能球磨后的Ti/CeB6包覆结构粉末以5wt％(合金材料总质量的百分比)与铝-铜-锂-镁-银金属粉末进行混合。采用QM系列行星式球磨机内进行球磨混粉操作，该过程采用不锈钢罐，球磨介质为直径6mm、8mm和10mm的不锈钢磨球。球磨工艺参数设定为：球料比为2：1，球磨转速为300rpm，球磨时间为4h。同时为防止球磨罐内温度过高，球磨时设备运行模式选用间隔式，即设备每运行20min后暂停空冷10min。该球磨过程要求在氩气保护下进行，以防止球磨过程中铝基粉末被氧化或污染。
(2)目标零件建模及切片处理
在计算机中使用Solidworks软件建立目标零件的三维实体几何模型，然后利用Magics软件对该模型进行分层切片并规划激光扫描路径，将三维实体离散成一系列二维数据，保存并导入激光粉末床熔融成形设备中。其中激光工艺参数设定为：激光功率为400W，激光扫描速度为800mm/s，扫描间距为60μm，铺粉厚度为50μm，采用正交扫描策略。
(3)激光粉末床熔融成形过程
将步骤(1)中制得的Ti-CeB6-AlCuLi复合粉体用于激光粉末床熔融成形。采用SLM-150激光粉末床熔融设备，该设备主要包括YLR-500型光纤激光器、激光成形室、自动铺粉系统、保护气氛装置、计算机控制电路系统以及冷却循环系统。在成形前将喷砂处理的铝合金基板固定在激光粉末床熔融成形设备工作台上并进行调平，然后通过密封装置将成形腔密封、抽真空并通入惰性气体保护气氛。典型激光粉末床熔融成形过程如下：(a)铺粉装置将待加工粉末均匀铺放在成形基板上，激光束根据预先设计好的扫描路径对切片区域逐行进行扫描，使粉末层发生快速熔化/凝固，从而获得待成形零件的第一个二维平面；(b)计算机控制系统使成形基板下降一个粉层厚度，而供粉缸活塞上升一个粉层厚度，铺粉装置重新铺设一层待加工粉末，高能激光束根据切片信息完成第二层粉末扫描以获得待成形零件的第二个二维平面；(c)重复(b)步骤，待加工粉体逐层成形直至待成形零件加工完毕。
待冷却后，将成形基板从设备中取出，利用线切割工艺将零件与基板分离，获得Ti/CeB6核壳结构原位改性铝基复合材料试样。按照标准金相试样制备方法对Ti/CeB6核壳结构原位改性铝基复合材料试样进行打磨、抛光及腐蚀处理。该激光粉末床熔融过程制备的Ti+CeB6/铝-铜-锂-镁-银复合材料试样无裂纹生成，其显微组织的光学图像，如图1所示。从图中可以看出。激光成形铝基复合材料试样未观察到明显孔隙和裂纹生成，成形试样致密度达到99.52％，未观察到跨熔池大柱状晶粒生成，均为细小等轴晶粒。在Ti和CeB6增强相的协同作用下，反应生成产物可作为异质形核点，促进晶粒形核，同时在晶界上施加钉扎力，减少晶粒粗化，产生了均匀细小的等轴晶粒，从而抑制了凝固过程中热裂纹的生成。如图2所示，为一种核壳结构增强改性抑制铝合金材料裂纹产生的机理图。
将获得的Ti+CeB6/铝-铜-锂-镁-银复合材料试样进行拉伸力学性能测试，其抗拉强度可达299.6Mpa，比未加核壳结构增强相的铝合金强度提高了33.4％(未加核壳结构增强相的铝合金强度为224.6MPa)。
实施例2
(1)将Ti金属粉末和CeB6陶瓷粉末按照1:1的比例进行高能球磨混合，获得Ti/CeB6包覆结构粉末。所述球磨机采用Fritsch高能球磨机，采用不锈钢罐，球磨介质为直径6mm的不锈钢磨球；球料比为8：1，球磨转速为300rpm，球磨时间为13h，为防止球磨罐内温度过高，球磨时设备运行模式选用间隔式，每运行15min后暂停空冷5min。该球磨过程要求在惰性气体保护下进行，以保证铝基粉末在球磨过程中被氧化或污染。，通过行星式球磨机将高能球磨后的Ti/CeB6包覆结构粉末以1wt％(合金材料总质量的百分比)与铝-铜-锂-镁-银金属粉末进行混合。采用QM系列行星式球磨机内进行球磨混粉操作，该过程采用不锈钢罐，球磨介质为直径6mm、8mm和10mm的不锈钢磨球。球磨工艺参数设定为：球料比为1：1，球磨转速为200rpm，球磨时间为5h。同时为防止球磨罐内温度过高，球磨时设备运行模式选用间隔式，即设备每运行20min后暂停空冷10min。该球磨过程要求在氩气保护下进行，以防止球磨过程中铝基粉末被氧化或污染。
(2)目标零件建模及切片处理
在计算机中使用Solidworks软件建立目标零件的三维实体几何模型，然后利用Magics软件对该模型进行分层切片并规划激光扫描路径，将三维实体离散成一系列二维数据，保存并导入激光粉末床熔融成形设备中。其中激光工艺参数设定为：激光功率为300W，激光扫描速度为400mm/s，扫描间距为75μm，铺粉厚度为40μm，采用正交扫描策略。
(3)激光粉末床熔融成形过程
将步骤(1)中制得的Ti-CeB6-AlCuLi复合粉体用于激光粉末床熔融成形。采用SLM-150激光粉末床熔融设备，该设备主要包括YLR-500型光纤激光器、激光成形室、自动铺粉系统、保护气氛装置、计算机控制电路系统以及冷却循环系统。在成形前将喷砂处理的铝合金基板固定在激光粉末床熔融成形设备工作台上并进行调平，然后通过密封装置将成形腔密封、抽真空并通入惰性气体保护气氛。典型激光粉末床熔融成形过程如下：(a)铺粉装置将待加工粉末均匀铺放在成形基板上，激光束根据预先设计好的扫描路径对切片区域逐行进行扫描，使粉末层发生快速熔化/凝固，从而获得待成形零件的第一个二维平面；(b)计算机控制系统使成形基板下降一个粉层厚度，而供粉缸活塞上升一个粉层厚度，铺粉装置重新铺设一层待加工粉末，高能激光束根据切片信息完成第二层粉末扫描以获得待成形零件的第二个二维平面；(c)重复(b)步骤，待加工粉体逐层成形直至待成形零件加工完毕。
待冷却后，将成形基板从设备中取出，利用线切割工艺将零件与基板分离，获得Ti/CeB6核壳结构原位改性铝基复合材料试样。按照标准金相试样制备方法对Ti/CeB6核壳结构原位改性铝基复合材料试样进行打磨、抛光及腐蚀处理。该激光粉末床熔融过程制备的Ti+CeB6/铝-铜-锂-镁-银复合材料试样无裂纹生成，成形试样致密度达到99.39％，增强相含量相对降低，亦形成均匀的等轴晶粒组织。
将获得的Ti+CeB6/铝-铜-锂-镁-银复合材料试样进行拉伸力学性能测试，其抗拉强度可达288.3Mpa，比未加核壳结构增强相的铝合金强度提升了28.4％(未加核壳结构增强相的铝合金强度为224.6MPa)。
实施例3
(1)将Ti金属粉末和CeB6陶瓷粉末按照1:2的比例进行高能球磨混合，获得Ti/CeB6包覆结构粉末。所述球磨机采用Fritsch高能球磨机，采用不锈钢罐，球磨介质为直径6mm的不锈钢磨球；球料比为12：1，球磨转速为400rpm，球磨时间为9h，为防止球磨罐内温度过高，球磨时设备运行模式选用间隔式，每运行15min后暂停空冷5min。该球磨过程要求在惰性气体保护下进行，以保证铝基粉末在球磨过程中被氧化或污染。通过行星式球磨机将高能球磨后的Ti/CeB6包覆结构粉末以8wt％(合金材料总质量的百分比)与铝-铜-锂-镁-银金属粉末进行混合。采用QM系列行星式球磨机内进行球磨混粉操作，该过程采用不锈钢罐，球磨介质为直径6mm、8mm和10mm的不锈钢磨球。球磨工艺参数设定为：球料比为3：1，球磨转速为350rpm，球磨时间为3h。同时为防止球磨罐内温度过高，球磨时设备运行模式选用间隔式，即设备每运行20min后暂停空冷10min。该球磨过程要求在氩气保护下进行，以防止球磨过程中铝基粉末被氧化或污染。
(2)目标零件建模及切片处理
在计算机中使用Solidworks软件建立目标零件的三维实体几何模型，然后利用Magics软件对该模型进行分层切片并规划激光扫描路径，将三维实体离散成一系列二维数据，保存并导入激光粉末床熔融成形设备中。其中激光工艺参数设定为：激光功率为450W，激光扫描速度为1200mm/s，扫描间距为90μm，铺粉厚度为30μm，采用正交扫描策略。
(3)激光粉末床熔融成形过程
将步骤(1)中制得的Ti-CeB6-AlCuLi复合粉体用于激光粉末床熔融成形。采用SLM-150激光粉末床熔融设备，该设备主要包括YLR-500型光纤激光器、激光成形室、自动铺粉系统、保护气氛装置、计算机控制电路系统以及冷却循环系统。在成形前将喷砂处理的铝合金基板固定在激光粉末床熔融成形设备工作台上并进行调平，然后通过密封装置将成形腔密封、抽真空并通入惰性气体保护气氛。典型激光粉末床熔融成形过程如下：(a)铺粉装置将待加工粉末均匀铺放在成形基板上，激光束根据预先设计好的扫描路径对切片区域逐行进行扫描，使粉末层发生快速熔化/凝固，从而获得待成形零件的第一个二维平面；(b)计算机控制系统使成形基板下降一个粉层厚度，而供粉缸活塞上升一个粉层厚度，铺粉装置重新铺设一层待加工粉末，高能激光束根据切片信息完成第二层粉末扫描以获得待成形零件的第二个二维平面；(c)重复(b)步骤，待加工粉体逐层成形直至待成形零件加工完毕。
待冷却后，将成形基板从设备中取出，利用线切割工艺将零件与基板分离，获得Ti/CeB6核壳结构原位改性铝基复合材料试样。按照标准金相试样制备方法对Ti/CeB6核壳结构原位改性铝基复合材料试样进行打磨、抛光及腐蚀处理。该激光粉末床熔融过程制备的Ti+CeB6/铝-铜-锂-镁-银复合材料试样无裂纹生成，成形试样致密度达到99.23％，增强相含量相对增加，形成均匀的等轴晶粒组织。
将获得的Ti+CeB6/铝-铜-锂-镁-银复合材料试样进行拉伸力学性能测试，其抗拉强度可达286.4MPa，比未加核壳结构增强相的铝合金强度提高了27.5％(未加核壳结构增强相的铝合金强度为224.6MPa)。
对比例1
本对比例与实施例1步骤相同，区别在于步骤(1)中，未将Ti与CeB6粉末预先进行高能球磨混合，而是直接将Ti、CeB6、铝-铜-锂-镁-银合金三种粉末进行行星球磨混合制备复合粉体，然后进行激光粉末床熔融成形，其显微组织如图3所示。对比例1的Ti+CeB6/铝-铜-锂-镁-银复合材料试样中出现明显的柱状晶粒和裂纹缺陷。由于未将Ti与CeB6粉末进行高能球磨，导致两者未形成均匀的包覆结构。在高能激光作用下，虽然Ti和CeB6增强相都各自发挥作用，起到一定的细化晶粒效果，但由于CeB6陶瓷颗粒容易发生团聚现象，使得协同强化作用减弱，在激光成形样品中晶粒细化不明显，仍有粗大柱状晶存在。团聚的陶瓷颗粒处容易产生孔隙缺陷，导致样品成形致密度降至97.91％。
对比例2
本对比例与实施例1步骤相同，区别在于步骤(1)中，未添加Ti/CeB6包覆结构粉末来制备复合粉体，而是选用单一Ti金属粉末为增强相制备复合粉体，进行激光粉末床熔融成形，其显微组织如图4所示。对比图1和图4可发现，与Ti+CeB6/铝-铜-锂-镁-银复合材料相比，Ti/铝-铜-锂-镁-银复合材料试样中出现明显裂纹且平行于成形方向，以及明显的气孔。在激光成形过程中，Ti与铝基体原位形成Al3Ti，但由于原位Al3Ti颗粒长大、分散不均匀，柱状晶难以完全转变为等轴晶，试样中形成沿成形方向跨越多个熔池的粗大柱状晶，导致热裂纹形成，样品成形致密度降至96.83％。
对比例3
本对比例与实施例1步骤相同，区别在于步骤(1)中，未添加Ti/CeB6包覆的混合粉末来制备复合粉体，而是选用单一CeB6陶瓷粉末为增强相制备复合粉体，进行激光粉末床熔融成形，其显微组织如图5所示。对比图1和图5可发现，与Ti+CeB6/铝-铜-锂-镁-银复合材料相比，CeB6/铝-铜-锂-镁-银复合材料试样中出现明显的裂纹、气孔。在激光成形过程中，虽然CeB6陶瓷颗粒具有与铝基体相近的晶格常数，可作为形核点促进异质形核，但由于陶瓷颗粒与铝合金基体之间热物性参数差异，且细小CeB6陶瓷颗粒难以在铝合金基体中均匀分散，出现严重团聚现象，异质形核效果减弱，导致试样部分区域并未从柱状晶粒完全转变为等轴晶粒，无法抑制热裂纹的形成，样品成形致密度降至96.41％。
由实施例1和对比例1～3可知，激光粉末床熔融成形Ti+CeB6核壳结构原位改性铝基复合材料试样裂纹基本消除，成形质量明显改善。
本发明提供了一种核壳结构增强改性铝合金材料及其制备方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种核壳结构增强改性铝合金材料，其特征在于，包括铝合金基体，以及分散在铝合金基体内的Ti/CeB6核壳结构增强相；
其中，所述的铝合金基体为铝-铜-锂-镁-银合金；
所述的Ti/CeB6核壳结构增强相为Ti包覆CeB6结构，核壳结构增强相占改性铝合金材料总质量的1～8wt.％。
2.权利要求1所述核壳结构增强改性铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将Ti金属粉末、CeB6陶瓷粉末混合均匀，制备成金属Ti包覆CeB6的混合粉末；
(2)将步骤(1)金属Ti包覆CeB6的混合粉末与铝合金粉末混合均匀，得到Ti-CeB6-AlCuLi复合粉体；
(3)建立目标零件的三维实体几何模型，对该模型进行分层切片并规划激光扫描路径，将三维实体离散成一系列二维数据，保存并导入激光粉末床熔融成形设备中；
(4)激光粉末床熔融成形设备根据步骤(3)所导入的文件，将步骤(2)中的Ti-CeB6-AlCuLi复合粉体逐层快速熔化并凝固，即得。
3.根据权利要求2所述核壳结构增强改性铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述Ti金属粉末粒径分布范围在20～45μm，纯度大于99％。
4.根据权利要求2所述核壳结构增强改性铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述CeB6陶瓷粉末粒径分布范围在2～6μm，纯度大于99％。
5.根据权利要求2所述核壳结构增强改性铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述Ti金属粉末、CeB6陶瓷粉末按照质量比1：1～1：2混合。
6.根据权利要求2所述核壳结构增强改性铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，Ti金属粉末、CeB6陶瓷粉末通过球磨机在惰性气体保护下进行球磨混合；所述球磨机采用Fritsch高能球磨机，球料比为8:1～12:1，球磨转速为300～400rpm，球磨时间为9～13h。
7.根据权利要求2所述核壳结构增强改性铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述铝合金粉末为铝-铜-锂-镁-银合金，其中铜含量为3.4～4.6wt.％，锂含量为0.6～1.7wt.％，镁含量0.15～1.0wt.％，银含量为0.10～0.90wt.％，余量为Al；铝合金粉末粒径分布范围在20～63μm，纯度大于99％。
8.根据权利要求2所述核壳结构增强改性铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述金属Ti包覆CeB6的混合粉末，按照质量比占总的Ti-CeB6-AlCuLi复合粉体1～8wt％，与所述铝合金粉末混合。
9.根据权利要求2所述核壳结构增强改性铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，金属Ti包覆CeB6的混合粉末与铝合金粉末，通过行星式球磨机在惰性气体保护下进行球磨均匀混合；行星式球磨机采用QM系列行星式球磨机，球料比为1:1～3:1，球磨转速为200～350rpm，球磨时间为3～5h。
10.根据权利要求2所述核壳结构增强改性铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述激光粉末床熔融成形设备采用的激光功率为300～450w，激光扫描速度为400～1200mm/s，扫描间距为60～90μm，铺粉厚度为30～50μm，正交扫描策略。
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