CN117123787A - 一种细化剂及制备方法、铝基构件的增材制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种细化剂及制备方法、铝基构件的增材制造方法，涉及金属材料技术领域。主要采用的技术方案为：一种细化剂的制备方法，所述细化剂用作铝基构件增材制造原料中的细化剂，其包括如下步骤：1)在铝熔体中添加增强颗粒，得到混合物；其中，所述混合物中，所述增强颗粒的质量分数为0.5‑50wt％，且所述增强颗粒的直径为5nm‑10μm；2)对所述混合物进行雾化制粉处理，得到细化剂。本发明主要用于制备一种细化剂，该细化剂有助于提高铝基材料在增材制造过程中的成形性能，提高增材制造铝基构件的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属材料技术领域，特别是涉及一种细化剂及制备方法、铝基构件的增材制造方法。
背景技术
铝基材料的增材制造在工业领域有着广阔的应用前景，然而由于铝基材料的物化特性，其激光增材制造的成形性较差，极易产生孔洞、微裂纹，甚至产生宏观开裂，从而大幅限制了铝基材料增材制造的发展。
目前，提高铝基材料成形性的方法主要有合金化、复合化等。其中，合金化主要是添加Si、Ti、Sc、Zr等元素来降低熔体的凝固温度范围或细化晶粒；但是，此种方法会改变基体的原始成分，可能会造成其他性能的降低，另外Sc、Zr等元素极为昂贵，不利于整体成本控制。复合化则是通过原位反应或机械混合的方式在铝基材料粉末中添加TiB2、TiC等颗粒，此种方法需要在铝基材料粉末制备时通过混合盐反应或球磨将颗粒引入铝合金粉末中，工艺繁琐，效率较低，同时球磨过程可能破坏铝基材料粉末的球形度，降低其流动性，进而加剧缺陷生成。
因此，如何改善铝基材料的增材制造成形性能，同时提高增材制造铝基构件的性能是本领域亟待解决的重要问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种细化剂及制备方法、铝基构件的增材制造方法，主要目的在于制备一种细化剂，该细化剂有助于提高铝基材料在增材制造过程中的成形性能，提高增材制造铝基构件的性能。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明的实施例提供一种细化剂的制备方法，其中，所述细化剂用作铝基构件增材制造原料中的细化剂，其包括如下步骤：
1)在铝熔体中添加增强颗粒，得到混合物；；其中，所述混合物中，所述增强颗粒的质量分数为0.5-50wt％，且所述增强颗粒的直径为5nm-10μm；
2)对所述混合物进行雾化制粉处理，得到细化剂。
优选的，所述增强颗粒为TiB2、TiC、TiN、LaB6中的一种或多种。和/或所述铝熔体的成分为Al。
优选的，所述混合物呈熔体状态；或所述混合物为铸锭。
优选的，在所述步骤1)中：添加增强颗粒的方式为原位反应生成的方式或外源添加混合的方式；
其中，所述原位反应生成的方式为：在铝熔体中加入反应盐，使反应盐之间发生反应，在铝熔体中生成弥散分布的增强颗粒。但不限于此，还可以通过基体微合金化生成。
其中，所述外源添加混合的方式为：向所述铝熔体中加入增强颗粒，并进行搅拌处理，以使增强颗粒弥散分布在铝熔体中。
优选的，在所述步骤2)中：所述雾化制粉技术选用气雾化制粉技术或超声雾化制粉技术。
另一方面，本发明实施例提供一种细化剂，其中，所述细化剂用作铝基构件增材制造原料中的细化剂，其中，所述细化剂是由上述任一项所述的细化剂的制备方法制备而成；优选的，所述细化剂为直径小于100μm的粉末。细化剂大多数为球体或椭球体粉末，存在少数不规则形状粉末。
再一方面，本发明实施例提供一种铝基构件的增材制造方法，其中，其包括如下步骤：
混粉步骤：将铝基粉末和细化剂混合，得到混合粉体；其中，所述细化剂为上述的细化剂；
增材制造步骤：对所述混合粉体进行增材制造处理，得到铝基构件。
优选的，在所述混粉步骤中：所述将铝基粉末和细化剂混合的方式为机械混粉方式或低能球磨方式；优选的，所述低能球磨方式的球料比为1:1-20:1，和/或将铝基粉末和细化剂混合的混合时间为4-24h；和/或所述铝基粉末为铝合金粉体；和/或在所述混合粉体中，所述铝基粉体和细化剂的质量比是由目标合金体系和性能需求决定；优选的，若改善合金的成形性能，则目标合金体系中的增强相等效比例为0.5-10wt％(增强相指的是增强颗粒)；若改善合金的强塑性，则目标合金体系中的增强相等效比例为2-15wt％；若提高合金的弹性模量，则目标合金体系中的增强相等效比例为10-50wt％。
在此需要说明的是：“增强相等效比例”指的是：最终制备的铝基构件中，实际掺杂进铝基构件中的增强颗粒的质量分数。
优选的，在所述增材制造步骤中：所述增材制造为激光粉末床熔融工艺或激光定向能量沉积工艺；优选的，在所述增材制造步骤中：由于采用了包括所述细化剂的混合粉体，在固定扫描速度后，使得成形激光功率范围增大。
再一方面，本发明实施例提供一种铝基构件，其中，所述铝基构件是由上述任一项所述的铝基构件的增材制造方法制备而成。
优选的，若铝基构件属于AlSi、AlCu、AlMg系合金：合金中的增强相等效比例为0.5-20wt％，则等获得等轴晶组织；采用激光粉末床熔融工艺制备的铝基构件的平均晶粒尺寸为0.5-5μm；采用激光定向能量沉积工艺制备的铝基构件的平均晶粒尺寸为30-100μm；
优选的，若铝基构件属于AlZn、AlFe、AlNi系合金：合金中的增强相等效比例为0.2-15wt％，则所述铝基构件中呈现柱状晶和等轴晶共存的形貌；采用激光粉末床熔融工艺制备的铝基构件的平均晶粒尺寸为2-8μm；采用激光定向能量沉积工艺制备的铝基构件的平均晶粒尺寸为50-150μm。
与现有技术相比，本发明的细化剂及制备方法、铝基构件的增材制造方法至少具有下列有益效果：
一方面，本发明实施例提供一种细化剂的制备方法及细化剂，该细化剂用作铝基构件增材制造原料中的细化剂，其包括如下步骤：1)在铝熔体中添加增强颗粒，得到混合物；混合物中的增强颗粒的质量分数为0.5-50wt％，且增强颗粒的直径为5nm-10μm；2)对混合物进行雾化制粉处理，得到细化剂。在此，本发明首次创新提出制备一种通用型的细化剂，在铝基构件的增材制造中，可以直接采用该细化剂与铝基粉体进行混合，只需普通混合(机械混合或低能球磨混合)即可，得到分散均匀的混合粉体(且不会破坏铝基粉体的球形度)。然后，对该混合粉体进行增材制造，并且由于采用了上述的细化剂，使得增材制造的成形性明显改善，且最佳参数范围(如，激光功率范围)大幅扩大。综上，本发明提出的细化剂的制备方法及细化剂可批量化生产，具有操作简便、细化效果良好、适用性强、分散性好等优点。
进一步地，在制备细化剂的步骤中，混合物中的增强颗粒的质量分数为0.5-50wt％，在此，若增强颗粒的含量高于50wt％，则使得细化剂中的增强颗粒会存在明显团聚现象，最终使得增材制造铝基构件的组织发生粗化。
进一步地，在制备细化剂的步骤中，混合物中的增强颗粒的直径为5nm-10μm。在此，若增强颗粒的尺寸大于10μm，在制备过程中增强颗粒之前可能存在无法填充的空隙，并且所制备的金属粉末可能因为包覆不规则增强颗粒而球形度下降，流动性变差，最终使制备的铝基构件中易出现孔洞缺陷。
另一方面，本发明实施例提供一种铝基构件的增材制造方法，主要包括如下步骤：直接采用上述的细化剂与铝基粉体进行普通混合即可，无需高能球磨混合，便可制备出均匀度、颗粒度优异的混合粉体，然后对该混合粉体进行增材制造即可，且由于采用了上述的细化剂，使得增材制造的成形性明显改善，且最佳参数范围(如激光功率范围)大幅扩大，可有效提高增材制造过程中的熔体形核率，并细化晶粒组织，进而降低材料热裂倾向。
综上，本发明实施例提供的一种细化剂及制备方法、铝基构件的增材制造方法，可有效提高增材制造过程中熔体形核率，细化晶粒组织，进而降低材料热裂倾向。同时采用本方法可大幅简化纳米/微米颗粒的添加流程，同时降低纳米/微米颗粒的团聚倾向，可批量化生产。此外，组织细化还可以有效提高样品力学性能、降低各向异性。相比传统铸造加机械加工方法可实现复杂轻量化构件的快速制造。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是实施例1所制备得到的铝基构件样品的微观结构图；
图2是实施例2所制备得到的铝基构件样品的微观结构图；
图3是实施例3所制备得到的铝基构件样品的微观结构图；
图4是对比例1所制备得到的铝基构件样品的微观结构图；
图5是对比例2所制备得到的铝基构件样品的微观结构图；
图6是对比例3所制备得到的铝基构件样品的微观结构图；
图7是对比例4中的混合粉体的微观结构图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
在现有技术中，对于铝基构件的增材制造方法，在制备增材制造工艺原料粉末时，复合化工艺有两种，一种工艺是：直接向铝基粉末(即，铝合金粉末)中加入纳米增强颗粒，但是，这样一般需要高能球磨的工艺才能实现充分混合。但是在高能球磨的过程中，会破坏铝基粉末的球形度降低其流动性，进而加剧缺陷生成。另一种工艺是：直接在铝基粉末(即，铝合金粉末)中，通过原位反应引入增强颗粒。但是，不同的铝基粉末(不同系的铝合金粉末)，反应条件控制不同，使得工艺繁琐，效率低。
基于上述的问题，本发明首次提出如下构思，直接制备一种细化剂，该细化剂是通用型的，可以适用于所有类型的铝基构件的增材制造，在增材制造的原料制备时，只需将该通用性的细化剂和铝基粉末直接采用普通的混粉方式(机械混粉方式或低能球磨方式)进行混合即可(因为增强颗粒已经被预制到铝粉中形成细化剂，后续混粉只需将其与粒径相近的铝基粉体进行混合即可，无需考虑纳米颗粒的团聚问题)，其最终实现的效果是：不仅使得铝基构件增材制造的原料混合更容易、更简单，还使得铝基构件增材制造的工艺更简单，制备效率高；关键还有效提高增材制造过程中熔体形核率，细化晶粒组织，进而降低材料热裂倾向。
本发明的具体方案如下：
一方面，本发明实施例提供一种细化剂的制备方法，其中，细化剂用作铝基构件增材制造原料中的细化剂，其包括如下步骤：
步骤1)在铝熔体(纯铝熔体)中添加增强颗粒，得到混合物。
在此，从通用性考虑，选用铝熔体，而不选择铝合金熔体。
其中，所述增强颗粒为TiB2、TiC、TiN、LaB6中的一种或多种。增强颗粒的直径为5nm-10μm。在混合物中，增强颗粒的质量分数为0.5-50wt％。
其中，所述混合物呈熔体状态；或所述混合物为铸锭。在此需要说明的是：在铝熔体中添加增加颗粒后，得到的混合物可以是熔体状，也可以是其冷却后的铸锭状。
其中，添加增强颗粒的方式为原位反应生成的方式或外源添加混合的方式。其中，所述原位反应生成的方式为：在铝熔体中加入反应盐，使反应盐之间发生反应，在铝熔体中生成增强颗粒，且增强颗粒弥散分布在铝熔体中。其中，所述外源添加混合的方式为：向所述铝熔体中加入增强颗粒，并进行搅拌处理，以使增强颗粒弥散分布在铝熔体中。
步骤2)对混合物进行雾化制粉处理，得到细化剂。
其中，雾化制粉技术选用气雾化制粉技术或超声雾化制粉技术。
再一方面，本发明实施例提供一种细化剂，其中，所述细化剂用作铝基构件增材制造原料中的细化剂，其中，所述细化剂是由上述任一项所述的细化剂的制备方法制备而成。其中，所述细化剂为直径小于100μm的粉末。
再一方面，本发明实施例提供一种铝基构件的增材制造方法，其包括如下步骤：
混粉步骤：将铝基粉末和细化剂混合，得到混合粉体；其中，所述细化剂为上述的细化剂。
其中，在混粉步骤中，将铝基粉末和细化剂混合的方式为机械混粉方式或低能球磨方式；优选的，所述低能球磨方式的球料比为1:1。将铝基粉末和细化剂混合的混合时间为4-24h。所述铝基粉末为铝合金粉体。
增材制造步骤：对混合粉体进行增材制造处理，得到铝基构件。
其中，在所述增材制造步骤中：所述增材制造为激光粉末床熔融工艺或激光定向能量沉积工艺；其中，在所述增材制造步骤中：由于采用了包括所述细化剂的混合粉体，在固定扫描速度后，使得成形激光功率范围增大，提高样品可成形性。例如，对于激光粉末床熔融技术，具体参见表1所示。
表1
从表1可以看出：加入细化剂后样品增材制造的成形性明显改善，最佳参数范围大幅扩大。需要指出，本发明所述的细化剂理论上适用于所有增材制造铝合金，可在不同程度提高各合金体系的成形性和综合性能。
下面通过具体实验实施例进一步说明如下：
实施例1
本实施例制备两种类型的铝基构件，主要步骤如下：
1)通过KBF4和K2TiF6混合盐原位反应在铝熔体(纯铝熔体)中生成TiB2颗粒，得到混合物。其中，反应温度为780℃，反应时间为5h，TiB2颗粒的直径分布为100-300nm，且所述混合物中的TiB2颗粒的质量分数为8wt％，纯铝基体占比92wt％。
2)通过真空气雾化法将步骤1)得到的混合物制备成粉末，其中，真空度控制在1Pa以下，惰性气体压力为1-3MPa，筛分出直径小于30μm的粉末作为细化剂。
制备第一种类型的铝基构件：
按照质量比为1:4的比例，通过机械混粉法将细化剂与AlSi10Mg粉末进行混合；其中，球料比为1:1(普通机械混粉，也需加入钢球)，混合时间为4h，得到混合粉体。
采用激光粉末床熔融技术对混合粉体进行成形，得到铝基构件样品(AlSi10Mg)。其中，激光功率为275W、扫描速度为1.5m/s、铺粉层厚为30μm，基板预热温度为50℃，成形仓内温度为25℃。其中，在铝基构件样品中，增强相的等效比例为1.6wt％、纯铝为18.4wt％。
本实施例通过控制细化剂中的增强颗粒含量与成形过程中的关键参数，大幅度细化了铝基构件样品中的组织。相比于未添加细化剂的状态(仅用合金粉进行制造)，平均晶粒尺寸由10μm细化至3μm，柱状晶组织完全消失，熔池晶粒完全等轴化，各向异性显著降低(具体参见图1所示)，所得铝基构件样品致密，无层间开裂。
制备第二种类型的铝基构件：
3)按照质量比为1:7的比例，通过机械混粉将细化剂与2024铝合金粉末进行混合；其中，球料比为1:1，混合时间为24h，得到混合粉体。
4)采用激光定向能量沉积技术对混合粉体进行成形，得到铝基构件样品(2024铝合金)。其中，激光功率为1500W、扫描速度为1m/s、送粉量为5g/min。其中，在铝基构件样品中，增强相的等效比例为1wt％，纯铝为11.5wt％。
在此，本发明实施例制备的细化剂具有通用性，适用于多种体系的铝基构件的制备，由此可见，只需事先制备出一批细化剂(或购买一批细化剂)，这样在制备铝基构件时，只需将细化剂作为原料进行混粉、增材制造即可，从而大幅度提高了铝基构件的制备效率、并降低成本。
实施例2
本实施例制备一种铝基构件，主要步骤如下：
1)在纯铝熔体中添加TiC、TiB2混合颗粒并进行搅拌，得到混合物。其中，TiB2颗粒的直径为500nm、质量分数为5wt％；TiC颗粒的直径为10μm，质量分数为10wt％。
2)通过超声波雾化法将步骤1)得到的混合物制备成粉末，超声波频率为40KHz，熔体温度为820℃(添加有增强颗粒的铝熔体温度)，筛分出直径小于60μm的粉末作为细化剂。
3)按照质量比为1:5的比例，通过低能球磨将细化剂粉末与6061铝合金粉末进行低能球磨混合；其中，球料比为1:1，混合时间为6h，得到混合粉体。
4)采用激光粉末床熔融技术对混合粉体进行成形，得到铝基构件样品。其中，激光功率为250W、扫描速度为1.75m/s、铺粉层厚为30μm，基板预热温度为80℃，成形仓内温度为35℃。其中，在铝基构件样品中，增强相的等效比例为2.5wt％，纯铝为14wt％。
本实施例通过控制细化剂中颗粒含量与成形过程中的关键参数，提高了6061铝合金的成形性和强度，所得铝基构件样品致密，无层间开裂、柱状晶组织完全消失，晶粒呈等轴状，晶粒尺寸分布范围为2-8μm，平均晶粒尺寸为2.8μm(参见图2所示)。打印态铝基构件样品的抗拉强度为293MPa，延伸率为18％。
实施例3
本实施例制备一种铝基构件，主要步骤如下：
1)在纯铝熔体中添加TiB2、TiN、LaB6混合颗粒并进行搅拌，得到混合物。其中，TiB2颗粒的直径为500nm，质量分数为3wt％。TiN颗粒的直径为10μm，质量分数为30wt％。LaB6颗粒的直径为5μm，质量分数为8wt％。
2)通过超声雾化法将混合物制备出粉末；其中，超声波频率为20KHz，熔体温度为870℃，筛分出直径小于100μm的粉末作为细化剂。
3)按照质量比为1:7的比例，通过机械混粉将细化剂粉末与2024铝合金粉末进行混合；其中，球料比为1:1，混合时间为24h，得到混合粉体。
4)采用激光定向能量沉积技术对混合粉体进行成形，得到铝基构件样品。其中，激光功率为1500W、扫描速度为1m/s、送粉量为5g/min。其中，在铝基构件样品中，增强相等效比例为5.125wt％、纯铝为7.375wt％。
本实施例通过控制细化剂中颗粒含量与成形过程中的关键参数，提高了2024铝合金的成形性和硬度。所得铝基构件样品的开裂倾向明显降低，微观组织较为均匀，各向异性不明显，晶粒尺寸约为38μm(参见图3所示)。打印态铝基构件样品的硬度达150HV。
对比例1
对比例1制备一种铝基构件，主要步骤如下：
1)通过KBF4和K2TiF6混合盐原位反应在铝熔体(纯铝熔体)中生成TiB2颗粒，得到混合物。其中，TiB2颗粒的直径分布为5-50nm，且所述混合物中TiB2颗粒的质量分数为55wt％。
2)通过真空气雾化法将步骤1)得到的混合物制备成粉末，筛分出直径小于30μm的粉末作为细化剂。
3)按照质量比为1:4的比例，通过机械混粉将细化剂粉末与AlSi10Mg粉末进行混合；其中，球料比为1:1，混合时间为4h，得到混合粉体。
4)采用激光粉末床熔融技术对混合粉体进行成形，得到铝基构件样品。其中，激光功率为275W、扫描速度为1.5m/s、铺粉层厚为30μm，基板预热温度为50℃，成形仓内温度为25℃。
在对比例1中，由于细化剂中的增强颗粒含量过高，呈连续分布与样品晶界，存在明显团聚(参见图4)，使得所得铝基构件样品组织发生粗化。
对比例2
对比例2制备一种铝基构件，主要步骤如下：
1)在纯铝熔体中添加TiC、TiB2混合颗粒并进行搅拌，得到混合物。其中，TiB2颗粒的直径为500nm、质量分数为5wt％；TiC颗粒的直径为50μm，质量分数为10wt％。
2)通过超声波雾化法将步骤1)得到的混合物制备成粉末，筛分出直径小于60μm的粉末作为细化剂。
3)按照质量比为1:5的比例，通过低能球磨将细化剂粉末与6061铝合金粉末进行低能球磨混合；其中，球料比为1:1，混合时间为6h，得到混合粉体。
4)采用激光粉末床熔融技术对混合粉体进行成形，得到铝基构件样品。其中，激光功率为250W、扫描速度为1.8m/s、铺粉层厚为30μm，基板预热温度为80℃，成形仓内温度为35℃。
在对比例2中，由于细化剂中的增强颗粒的尺寸过大，使所得粉末丧失球形形貌，流动性变差，最终使得铝基构件样品中易出现孔洞缺陷(参见图5所示)。对比例2中所得铝基构件样品的抗拉强度120MPa，延伸率3％。
对比例3
对比例3制备一种铝基构件，主要步骤如下：
1)在铝熔体中添加TiB2、TiN、LaB6混合颗粒并进行搅拌，得到混合物。其中，TiB2颗粒的直径为500nm，质量分数为3％。TiN颗粒的直径为10μm，质量分数为30％。LaB6颗粒的直径5μm，质量分数为8wt％。
2)通过超声雾化法将混合物制备出粉末；筛分出直径小于100μm的粉末作为细化剂。
3)按照质量比为1:1的比例，通过机械混粉将细化剂粉末与2024铝合金粉末进行混合；其中，球料比为1:1，混合时间为24h，得到混合粉体。
4)采用激光定向能量沉积技术对混合粉体进行成形，得到铝基构件样品。其中，激光功率为1500W、扫描速度为1m/s、送粉量为5g/min。
在对比例3中，由于混合粉体中的细化剂含量高，铝含量高，使合金粉末元素稀释严重，强度下降，所得铝基构件样品的抗拉强度为157MPa，延伸率为8％。其中，微观组织如图6所示。其中，在铝基构件样品中，增强相等效比例为19wt％、纯铝为31wt％。
在此需要说明的是：根据本发明的构思，可以根据所选铝基构件的性能要求，实现计算出需增强相的含量、铝的含量，通过调整细化剂与合金粉末的比例，制备出不同性能的铝基构件，以满足不同领域的要求。
对比例4
对比例4制备一种铝基构件，主要步骤如下：
1)采用AlSi10Mg粉末作为基体。通过球磨的方式将AlSi10Mg粉末和TiB2颗粒混合，得到混合粉体。其中，TiB2颗粒的直径分布为30-50nm，质量分数为8wt％。
2)采用激光粉末床熔融技术对混合粉体进行成形，激光功率为250W，扫描速度为1.75m/s，铺粉层厚为30μm，基板预热温度为80℃，成形仓内温度为35℃。
采用该对比例4所制备的混合粉末，由于需长时间球磨保证纳米颗粒的分布均匀性，使得粉末球形度严重破坏(参见图7所示)，流动性变差，粉末铺展不均匀，使增材制造样品内部存在大量孔洞，性能显著下降。样品抗拉强度为230MPa，延伸率为6％。
对比例5
对比例5是采用现有的方案制备两种铝基构件，主要步骤如下：
1)采用AlSi10Mg合金作为基体，通过原位反应生成TiB2和TiC颗粒，之后通过气雾化制备复合粉末；然后，对复合粉末进行增材制造，得到铝基构件样品(AlSi10Mg合金构件)
2)在将基体合金更改为2024铝合金制备复合颗粒粉末前，需进行炉膛清理、重新进行原位反应、气雾化操作，同时原位反应温度、时间、气雾化参数等条件均需重新设定，总耗时52h。
在对比例5中，由于缺乏通用性细化剂制备手段，不同合金体系需单独调控参数重新进行细化颗粒添加，流程长、效率低、控制难度大、流程复杂、清洗炉膛耗费人力物力，且容易对人体造成危害。而本发明实施例1中方法，只需在纯铝基体中制备细化颗粒，简单和目标体系混合即可，制备效率提高明显，控制难度大幅降低。
综上，本发明实施例提供的一种细化剂及制备方法、铝基构件的增材制造方法，可有效提高增材制造过程中的熔体形核率、细化晶粒组织、进而降低材料热裂倾向。同时采用本发明实施例的方法可大幅简化纳米/微米颗粒的添加流程，同时降低纳米/微米颗粒的团聚倾向，可批量化生产。此外，组织细化还可以有效提高样品的力学性能、降低各向异性。相比传统铸造加机械加工方法可实现复杂轻量化构件的快速制造。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种细化剂的制备方法，所述细化剂用作铝基构件增材制造原料中的细化剂，其特征在于，其包括如下步骤：
1)在铝熔体中添加增强颗粒，得到混合物；其中，所述混合物中，所述增强颗粒的质量分数为0.5-50wt％，且所述增强颗粒的直径为5nm-10μm；
2)对所述混合物进行雾化制粉处理，得到细化剂。
2.根据权利要求1所述的细化剂的制备方法，其特征在于，所述增强颗粒为TiB2、TiC、TiN、LaB6中的一种或多种；和/或所述铝熔体的成分为Al。
3.根据权利要求1或2所述的细化剂的制备方法，其特征在于，所述混合物呈熔体状态；或所述混合物为铸锭。
4.根据权利要求1-3任一项所述的细化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中：
添加增强颗粒的方式为原位反应生成的方式或外源添加混合的方式；
其中，所述外源添加混合的方式为：向所述铝熔体中加入增强颗粒，并进行搅拌处理，以使增强颗粒弥散分布在铝熔体中。
5.根据权利要求1-4任一项所述的细化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中：
所述雾化制粉技术选用气雾化制粉技术或超声雾化制粉技术。
6.一种细化剂，其中，所述细化剂用作铝基构件增材制造原料中的细化剂，其特征在于，所述细化剂是由权利要求1-5任一项所述的细化剂的制备方法制备而成；优选的，所述细化剂为直径小于100μm的粉末。
7.一种铝基构件的增材制造方法，其特征在于，其包括如下步骤：
混粉步骤：将铝基粉末和细化剂混合，得到混合粉体；其中，所述细化剂为权利要求6所述的细化剂；
增材制造步骤：对所述混合粉体进行增材制造处理，得到铝基构件。
8.根据权利要求7所述的铝基构件的增材制造方法，其特征在于，在所述混粉步骤中：
所述将铝基粉末和细化剂混合的方式为机械混粉方式或低能球磨方式；优选的，所述低能球磨方式的球料比为1:1-20:1，和/或
将铝基粉末和细化剂混合的混合时间为4-24h；和/或
所述铝基粉末为铝合金粉体；和/或
在所述混合粉体中，所述铝基粉体和细化剂的质量比是由目标合金体系和性能需求决定；优选的，若改善合金的成形性能，则目标合金体系中的增强相等效比例为0.5-10wt％；若改善合金的塑性，则目标合金体系中的增强相等效比例为2-15wt％；若提高合金的弹性模量，则目标合金体系中的增强相等效比例为10-50wt％。
9.根据权利要求7所述的铝基构件的增材制造方法，其特征在于，在所述增材制造步骤中：
所述增材制造为激光粉末床熔融工艺或激光定向能量沉积工艺；
优选的，在所述增材制造步骤中：由于采用了包括所述细化剂的混合粉体，在固定扫描速度后，使得成形激光功率范围增大。
10.一种铝基构件，其特征在于，所述铝基构件是由权利要求7-9任一项所述的铝基构件的增材制造方法制备而成；
优选的，若铝基构件属于AlSi、AlCu、AlMg系合金：合金中的增强相等效比例为0.5-20wt％，则等获得等轴晶组织；采用激光粉末床熔融工艺制备的铝基构件的平均晶粒尺寸为0.5-5μm；采用激光定向能量沉积工艺制备的铝基构件的平均晶粒尺寸为30-100μm；
优选的，若铝基构件属于AlZn、AlFe、AlNi系合金：合金中的增强相等效比例为0.2-15wt％，则所述铝基构件中呈现柱状晶和等轴晶共存的形貌；采用激光粉末床熔融工艺制备的铝基构件的平均晶粒尺寸为2-8μm；采用激光定向能量沉积工艺制备的铝基构件的平均晶粒尺寸为50-150μm。
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