[发明专利]一种高硬AlSi10Mg@Gr复合材料及其制件成形方法

说明书

本发明提出一种高硬AlSi10Mg@Gr复合材料及其制件成形方法，本发明的复合材料具有高Cu含量，并且通过Cr增强；具有Gr点缀极细等轴晶兼金属3D打印组织；所述Cu含量为1wt％～4wt％；有效的增强材料的硬度；在制备方法中，通过对Gr的预金属镀层处理，避免石墨烯在成形过程中烧损；由于LaB₆的添加及激光熔化沉积工艺形成了细小的3D打印组织，在保持高屈服、抗拉强度的同时，产生了高硬度，产生了优异的综合力学性能。

技术领域

本发明涉及AlSi10Mg@Gr材料技术领域，尤其涉及一种高硬AlSi10Mg@Gr复合材料及其制件成形方法。

背景技术

AlSi10Mg因其具有良好的3D打印成形工艺性，并具有优异的室温抗拉强度、屈服强度和伸长率，显著高于重力铸造AlSi10Mg制件，且兼具密度低、抗腐蚀性好的优点，是目前研究最广泛的铝合金，但该合金的硬度不高，影响了其进一步应用。石墨烯有着极高的强度，是已知强度最高的物质，以其为增强相的金属基复合材料受到广泛的关注。现有制备石墨烯增强铝基复合材料的方法主要有粉末冶金法、铸造法、化学法等。然而，这些方法普遍存在诸如增强相与金属基体界面难润湿造成界面不稳，分散性差，界面反应产生脆性相等问题，且所制备的复合材料难以成型复杂几何构件，阻碍了其产业化。近年来，3D打印技术(又称增材制造技术)迅速发展，该技术具有材料利用率高，能成形复杂几何构件等优势，将其用于成形石墨烯增强铝基复合材料具有广阔的前景。

中国发明专利CN 106399766 A公开了一种石墨烯和碳纳米管协同增强铝基复合材料的制备方法，通过对石墨烯表面改性克服了大比表面积在范德华力作用下所导致的团聚问题，以增强球磨混合过程中其在铝粉中的分散性，最后通过热等静压烧结制备得到铝基复合材料。但难以避免在烧结过程中石墨烯与铝基体发生界面反应的问题，同时难以成形复杂几何构件。

中国发明专利CN 105821227 A公开了一种制备石墨烯增强铜基复合材料的方法，该方法以氧化石墨烯为增强体前体，利用其表面大量的官能团与铜粉的良好润湿性，在乙醇溶液中超声混合，利用球磨技术使氧化石墨烯均匀与铜粉分散均匀，最后采用真空热压烧结将高温氧化石墨烯还原为石墨烯，从而制备石墨烯增强铜基复合材料。虽然该方法工艺简单、高效，且避免了石墨烯与基体的界面反应，但难以避免残留氧化石墨烯，且同样存在难以成形复杂几何构件等问题。

中国发明专利CN 106480434 A公开了一种化学镀石墨烯及其制备方法以及一种金属基复合材料。该专利通过在石墨烯表面进行镀铜或镀镍，改善石墨烯与金属基体的润湿性及分散性，最后通过等离子火花烧结制得金属基复合材料块体，其延伸率为41％-56％，抗拉轻度为240-260MPa。但该金属基复合材料的制备方法工艺复杂，受乳液中油水间界面控制所得的不同形貌化学镀石墨烯造成复合材料各项异性，且存在致密度问题，从而影响复合材料性能；与此同时，该方法旨在制备块体材料，从材料到零件需后续加工，且存在难以适用于成形复杂几何构件等不足。

发明内容

本发明的目的在于针对上述材料以及工艺的不足，提出一种高硬度、高曲度以及高抗拉强度兼具的AlSi10Mg@Gr复合材料及其制件成形方法。

为达到上述目的，本发明提出一种高硬AlSi10Mg@Gr复合材料，所述复合材料具有高Cu含量，并且通过Cr增强；具有Gr点缀极细等轴晶兼金属3D打印组织；所述Cu含量为1wt％～4wt％。

进一步的，所述复合材料中Gr含量为0.01wt.％～0.2wt％。

进一步的，所述Gr点缀极细等轴晶兼金属3D打印组织为材料微观组织在堆积道次横截面金相上具有“鱼鳞状”交错叠放的轮廓特征，“鱼鳞状”每一块区域内呈细小的等轴晶特征，Gr分布于晶界。

本发明还提出一种高硬AlSi10Mg@Gr复合材料制件成形方法，包括以下步骤：

S1:将石墨烯原料进行金属镀层处理，制备石墨烯镀层微粒；