[发明专利]一种用于激光3D打印金属陶瓷复合材料粉末的制备方法

说明书

本发明公开一种用于激光3D打印金属陶瓷复合材料粉末的制备方法，属于激光3D打印用粉末材料制备领域。本发明通过物理方法将纯Ti粉与纯B₄C粉末颗粒按质量比2.6:1进行包覆(或黏结)，依次经干燥、球磨破碎处理，制得Ti/B₄C复合粉体材料，随后将该粉体材料与AlSi10Mg粉末加入球磨机中进行真空球磨，最终制得混合均匀的激光3D打印金属陶瓷复合材料用粉末；该制备方法解决了现有金属陶瓷复合材料3D打印过程中，双增强相无法合成的技术难题，提高了激光3D打印过程中Ti与B₄C颗粒的反应率，使双相复合材料中的陶瓷增强相含量增加；所制备出的复合粉末可用于激光近净成形或选区激光熔化等高能束3D打印工艺。

技术领域

本发明体涉及一种用于激光3D打印金属陶瓷复合材料粉末的制备方法，属于激光3D打印用粉末制备技术领域。

背景技术

长期以来，金属陶瓷复合材料零件因具有较高的比强度和比刚度，优异的耐腐蚀、耐磨损性能以及良好的高温力学性能，在航空航天、核能和汽车制造领域具有优良的工程应用潜力。目前，金属陶瓷复合材料零件的制备方法主要有外加陶瓷相法和原位生成陶瓷相法，与之相比，原位化学合成的复合材料具有洁净的两相界面、共格或半共格的界面关系、更加细小的晶粒以及更高的组织稳定性，从而使复合材料的综合性能得以提高。

经过对现有技术文献的检索，国内外研究人员在激光3D打印金属陶瓷复合材料零件方面进行了一些积极探索。Kusui等人于1992年申请了题为“Aluminum matrixcomposite powder”的专利(专利号US5435825)，其陶瓷颗粒选自包括碳化物、氧化物、氮化物、硼化物材料，将质量分数为1％～40％的SiC陶瓷颗粒和Al₂O₃陶瓷颗粒分别加入铝合金熔体中，通过快速凝固技术(例如旋转盘雾化法)制得铝基质复合粉末；上海交通大学吴一等人于2018年公开了激光3D打印用铝基复合材料的粉末及其制备方法的专利(公开号CN108372292A)，其通过原位自生熔体控制的方法，制备了TiB₂颗粒增强铝基复合熔体，利用气雾化设备实现了对原位自生TiB₂颗粒增强铝基复合材料粉末的制备。然而对于当前原位生成陶瓷相法，仍局限于合成单一陶瓷增强相。针对双相复合材料的制备，原位反应若未按化学反应计量比进行，生成的其他杂质将直接影响复合材料的机械性能；此外，界面间发生难以控制的化学反应和难以避免的局部残余应力限制了在激光3D打印过程中，通过原位反应制备双相复合材料的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：现有技术中复合材料3D打印双增强相无法合成。

本发明的目的在于提供一种用于激光3D打印金属陶瓷复合材料的粉末制备方法，该方法解决了在双相复合材料3D打印过程中，原位合成化学反应率低的不利影响，同时避免原位合成未按化学反应计量比进行的技术问题；具体包括以下步骤：

(1)在Ti/B₄C混合粉末中加入PVA黏结剂溶液，其中，PVA黏结剂溶液的质量分数为15％，Ti/B₄C混合粉末的质量分数为85％，搅拌均匀、干燥、球磨后得到Ti颗粒与B₄C颗粒充分接触的混合粉末，Ti/B₄C复合粉体中m(Ti):m(B₄C)＝2.6:1；

(2)将Ti/B₄C复合粉体材料与AlSi10Mg粉末加入球磨机中，进行球磨、混料最终制得激光3D打印金属陶瓷复合材料用粉末；混合粉末中Ti/B₄C复合粉体质量分数为1～20％，其余为AlSi10Mg粉末。

优选的，Ti/B₄C混合粉末中Ti粉为球形颗粒，粒径小于等于20μm，纯度不低于99.99％；B₄C粉末为无定形角状陶瓷颗粒，当量粒径范围为5～15μm，纯度不低于99.99％。