[发明专利]一种纳米铝基复合材料粉末及其制备方法

说明书

本发明提供了一种纳米铝基复合材料粉末及其制备方法，其制备方法包括：以纯铝、纯Ni或Al‑Ni中间合金、Al‑Zr中间合金、Al‑Sc中间合金、Al‑Cu中间合金、Al‑Ti中间合金、Al‑Y中间合金、Al‑Ce中间合金、KBF₄以及K₂TiF₆为原料，采用原位熔体自生控制的方法制备了原位TiB₂微纳米颗粒增强纳米铝基复合材料，通过真空气雾化法制备TiB₂颗粒增强铝基复合材料粉末。所得粉末的球形率＞90％，收得率≥60％，激光吸收率>55％。本发明相比传统铝合金粉末具有：(1)纳米颗粒弥散分布于基体晶粒内，热稳定性更好，适用于粉末冶金技术；(2)具备更高的激光吸收率，更加适用于激光增材制造技术。

技术领域

本发明涉及材料粉末制备技术领域，具体地，涉及一种纳米铝基复合材料粉末及制备方法。

背景技术

航空航天、兵器制造等高尖端领域对结构材料性能和制备技术的要求苛刻，不仅要求具备高强度高塑性的同时，还需具有高的比刚度和比模量。大型飞机等高端装备领域对高性能、高可靠性、经济和环保的追求，导致对大型、精密、复杂整体轻质高强韧合金构件的需求越来越迫切。

激光增材制造技术可以解决兼顾复杂形状和高性能金属构件快速制造的技术难题，但是商业化的金属粉末制备方法如雾化法、旋转电极法，受制于激光吸收率等关键技术指标的限制，可供使用的合金粉末种类有限。尤其是在铝合金激光增材制造领域，由于铝合金激光吸收率较低，仅有Al-Si合金体系的金属粉末能够适合用于该领域，极大的限制了铝基复合材料在增材制造领域的发展。

目前，利用该类商业化粉末已经制备出较高尺寸精度的零部件，并在航空航天，医疗等领域获得了一些应用。例如美国Boeing公司自2000年以来开始将LCD大型钛合金零件应用于F-18和F-22战斗机，并于2015年申请了飞机零件增材制造体系的美国专利。欧洲AirBus公司自2006年以来开始尝试飞机起落架LCD技术，并已将拓扑优化设计与SLM技术结合，实现了钛合金发动机短舱铰链的优化制造。美国GE公司则走在了SLM技术研究和应用的前列，其采用SLM技术制造的T25发动机传感器壳体已用于GE90-94B航空发动机，并被美国联邦航空管理局批准航空应用。但是制备的零件易产生较高的残余应力及微米级别的裂纹及孔洞等缺陷，进而导致材料疲劳强度、塑性和韧性降低。因而零件生产成品率低、可靠性不足且成本高居不下。因此传统的商业化合金粉末不能完全满足高性能零部件的制造。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种纳米铝基复合材料粉末及其制备方法，该粉末能同时具备高激光吸收率，高球形率，工艺操作简单易行，低成本高效率，适合进行批量生产。制备的纳米复合材料粉末适合用于激光增材制造和粉末冶金。

为了实现上述目的，本发明提供的一种纳米铝基复合材料粉末及其制备方法，主要通过原位自生熔体控制的方法，制备出TiB₂颗粒增强铝合金复合熔体，再利用自主设计的真空气雾化设备，实现对原位自生TiB₂颗粒增强铝复合材料的粉末制备，进而得到均匀弥散分布的纳米TiB₂颗粒和纳米尺度等轴的基体晶粒组织，制备出了高激光吸收率的TiB₂增强铝基复合材料粉末。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明提供一种纳米铝基复合材料粉末所述铝基复合材料粉末包括基体合金和分布在所述基体合金中的增强相；

所述基体合金包括如下质量分数的各元素组分：Ni 1％～25％；Zr 1％～10％、Cu0.1％～10％、Y 0.05％～8％、Sc 0.05％～3％、Ce 0.05％～8％和Ti 0.1％～10％中的至少一种；Al为余量；

所述增强相为TiB₂颗粒。