[发明专利]一种用于粉末床增材制造的金属/MXene复合粉体及制备方法

说明书

本发明涉及一种用于粉末床增材制造的金属/MXene复合粉体及制备方法,所述金属/MXene复合粉体由金属粉末和MXene构成，其中所述MXene片的质量百分比为0.1wt.％～0.6wt.％；所述的用于粉末床增材制造的金属/MXene复合粉体制备方法，包括如下步骤：MXene片由MAX相Ti₃AlC₂经过LiF刻蚀剥离得到的少层Ti₃C₂T_x材料，通过等离子技术在金属粉末表面原位形成氧化层后，将金属粉末分散装有去离子水的烧杯中，置于冰水浴中搅拌3h～8h，随后通过滴定法将MXene胶体逐滴地加入到装有金属粉末溶液的烧杯中，经过磁力搅拌、过滤、真空干燥后，得到金属/MXene复合粉体。本发明所制备的金属/MXene复合粉体，可以在保证粉末流动性的前提下，有效实现MXene与金属粉末的均匀混合。

技术领域

本发明涉及金属增材制造技术领域，特别是涉及一种用于粉末床增材制造的金属/MXene复合粉体及制备方法。

背景技术

镁、钛、不锈钢、铁、铜等金属材料因其自身优势，如重量轻、强度比高等优势而被越来越多地应用于生物医学、汽车和航空航天等领域。然而，其自身基体力学性能的不足阻碍了这些材料的应用。近年来，向基体中添加碳化钛、石墨烯、碳纳米管等第二相以制备金属基复合材料是解决这一问题的有效途径。最近，MXene作为一种较新的二维过渡金属碳化物或氮化物，由于具有非凡的杨氏模量和优异的机械强度，有潜力被用于制备高强韧金属基复合材料。如专利CN202110118133.9和专利CN202110118127.3所示，通过球磨混合和熔炼铸造工艺分别向铝和钛基体中引入微量MXene，可显著改善金属的力学性能。

然而，这类传统的材料成形技术往往均存在一些缺点，容易导致组织晶粒粗大、致密率不足等缺陷，不利于复合材料的力学性能，特别是难以制备形状结构复杂的构件。粉末床增材制造技术，可分为选区激光熔化和选区电子束熔化技术，由于其极快的凝固速度(10³ks^-1～10⁸ks^-1)，在高能激光或者电子束辐照诱导下，加工后的构件具有超细的微观组织，此外，它是一种新型的三维产品制造技术，具有几乎不受限制的设计自由度，因此为生产具有特定结构的高性能金属基复合材料提供了机会。

一般情况下，粉末床增材制造技术所使用的金属粉末通过气雾化或等离子雾化制备，形状为球形，球形度高，粒径分布适当，流动性好。当引入MXene片时，常规手段是采用球磨/研磨工艺来实现其在金属基体中的均匀分散，但得到的复合粉体形状不规则、流动性差，影响粉末床增材制造过程。此外，常规手段会严重破坏MXene的结构完整性，弱化其增强作用，甚至导致MXene与金属之间的润湿性和界面结合强度较差，容易引起复合材料的微裂纹扩张甚至在塑性变形中过早失效。

因此，通过粉末床增材制造技术制备金属/MXene复合材料过程中，如何既保证复合粉体的球形度，又实现MXene与金属粉末的均匀混合，仍然是一个很大的挑战。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种用于粉末床增材制造的金属/MXene复合粉体，以及该金属/MXene复合粉体的制备方法。通过本发明开发的用于粉末床增材制造的金属/MXene复合粉体，一方面在保证复合粉体球形度的前提下，首次将异质团聚法和射频容性耦合等离子体技术结合应用于制备MXene/金属混合粉末，有效地实现了MXene/金属复合粉体的均匀混合；另一方面，从源头上解决了MXene在金属基体中难以实现均匀分散的难题，有利于同时充分发挥MXene增强相和粉末床增材制造技术在金属基复合材料中的优势。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种用于粉末床增材制造的金属/MXene复合粉体，所述金属/MXene复合粉体由金属粉末和MXene构成，其中所述MXene片的质量百分比为0.1wt.％～0.6wt.％。