[发明专利]一种复层Al-Si合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复层Al‑Si合金的制备方法，属于材料加工技术领域。本发明采用传统铸造方法按成分熔配母合金锭，采用气雾化方法制备合金粉末，通过选择性激光熔化技术制备复层材料，并通过后续热处理方法进一步调整复层材料的力学性能，从而实现组织均匀化和高性能复层材料的制备。本发明不同于现有的热压烧结和铸造的方法制备复层铝硅合金，首次采用选择性激光熔化技术制备复层铝硅合金，又通过热处理的方法进一步调整合金的强度和延伸率。该发明不仅对开发高性能轻质合金具有实用价值，同时也为复杂精细结构件激光快速成形及工艺优化提供新思路。

技术领域

本发明涉及一种复层Al-Si合金的制备方法，属于材料加工技术领域。

背景技术

Al-Si合金因具有轻质、高导热、低热膨胀系数、高强度以及优异的耐磨耐蚀性能，广泛应用于航空、航天、汽车等领域。随着现代工业的发展，Al-Si合金构件结构逐渐向复杂形状转变，对其工艺流程和尺寸精度等提出了新的要求；且随着构件结构复杂程度的增加，构件各部位所要求的性能不尽相同。此外，随着硅含量的增加，合金的强度、耐磨耐蚀性增加，但是延展性和导热性能呈现相反的变化趋势且合金组织逐渐粗化。传统粉末冶金及铸造技术由于工艺复杂，耗时较长，且难以制备复杂形状的构件。工艺的局限性使得粉末冶金及铸造技术难以满足实际需求。

发明内容

本发明提出采用选择性激光熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)制备复层Al-Si合金，并通过后续热处理的方法进一步调整复层材料的延伸率和强度。本发明对开发高性能轻质合金具有实用价值，为复杂精细结构件激光快速成形及工艺优化提供新思路。

本发明的目的一方面是满足同一构件不同位置不同性能的需求，另一方面是有效地解决传统铸造工艺无法制备复杂构件和Si相尺寸粗大的问题，提出一种复层材料的新的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种复层Al-Si合金的制备方法，用此方法制得的复层Al-Si合金，不可避免的杂质总量≤0.15wt.％，余量为Al和Si。具体的技术方案如下：

采用传统铸造方法按成分熔配母合金锭，采用气雾化方法制备合金粉末，通过选择性激光熔化技术制备复层材料，并通过后续热处理方法进一步调整复层材料的力学性能，从而实现组织均匀化和高性能复层材料的制备，其具体步骤如下：

(1)母合金熔配；按重量比称取Al和Si，然后熔炼均匀，除气除渣后，成型制得熔配的铸锭；

其中，所述步骤(1)的熔炼均匀方法为：控制合金的熔炼温度，将铝和硅搅拌均匀，合金完全熔化后保温至硅完全熔解。所述控制合金的熔炼温度为当Al和Si的质量比为80：20时(Al-20Si铸锭)，熔炼温度为800-850℃；当Al和Si的质量比为88：12(Al-12Si铸锭)时，熔炼温度为700-750℃。

具体步骤可以为：

步骤A.1熔配合金的原材料分别为工业纯Al(99.9％)，纯Si(99.9％)，。按成分配比将称重好的金属料分别放入镁砂坩埚采用感应熔炼。

步骤A.2合金的熔炼温度分别控制在800-850℃(Al-20Si)和700-750℃(Al-12Si)，在熔炼的过程中利用石墨搅拌棒搅拌，使合金元素能够均匀分布，合金完全熔化后保温30min，保证Si元素完全熔解。

步骤A.3合金液经除气、除渣后浇注到金属模具中。

(2)雾化粉末制备；在氮气保护下，将步骤(1)的熔配的铸锭熔化后，利用喷射沉积雾化制成合金粉末；过筛，选取尺寸不大于300M的粉末；

其中，所述步骤(2)中当Al和Si的质量比为80：20时的喷射沉积雾化温度分别为820±10℃(Al-20Si)以及当Al和Si的质量比为88：12时的喷射沉积雾化温度为720±10℃(Al-12Si)。