一种选择性激光熔化AlSi10Mg成形工件的电化学表面处理方法

本发明涉及金属材料的电化学表面精整领域。

背景技术：

增材制造(additivemanufacturing,am)，又称3d打印技术，是指运用计算机软件建立零件的三维模型，通过特定打印技术以逐层熔凝堆积的方法，将离散材料(粉末、液体、丝材等)加工成形的一种低损耗叠层加工技术。金属材料增材制造技术可分为选择性激光熔化技术(selectlasermelting-slm)和激光直接熔化制造技术(lasermeltingdeposition-lmd)。选择性激光熔化技术以其成形精度高，可制备复杂结构零件的特点备受关注。但由于选择性激光熔化技术对所制备金属材料的物理化学性质要求比较高，目前适合应用的金属和合金并不多。alsi10mg合金是目前最常用的适于slm成形的铝合金。

选择性激光熔化技术作为一种新的铝合金成形技术，其除了适合制备各种结构复杂的零件外，在成形工艺还有其独特特点。slm成形过程中，冷却速度为10³～10⁶k/s，远大于传统铸造过程的冷却速度，由于金属液的凝固速度较快，抑制了合金中的元素扩散，形成了晶粒较为细小的过饱和固溶体。在slm成形合金的过程中，由于激光束具有较高能量，夹带部分气体进入熔融金属内部，在高能量激光束的冲击下，在熔池内会产生气孔及夹杂部分未熔粉末等缺陷，从而致使样品表面粗糙，有杂质。所以由增材制造出的alsil0mg合金由于自身技术特点(粉末、熔池等)，导致激光增材制造的结构表面粗糙度较大，难以满足较高精度的使用需求。需要配合后续表面精整措施：去毛刺、机械抛光、化学/电化学抛光等来加以改进。因此，由增材制造出来的材料的后处理至关重要。

技术实现要素：

本发明要解决选择性激光熔化技术制备的alsi10mg合金表面存在缺陷，难以满足较高精度的使用需求的技术问题，而提供一种选择性激光熔化alsi10mg成形工件的电化学表面处理方法。

一种选择性激光熔化alsi10mg成形工件的电化学表面处理方法，该方法具体按以下步骤进行：

一、采用naoh、naf和去离子水配制电解液，控制naoh用量为60～70g/l，naf用量为30～35g/l；

二、采用酸洗液，将alsi10mg合金进行酸洗，酸洗后立即流水冲洗，干燥；

三、采用双电极体系将步骤二处理的alsi10mg合金进行两次电化学抛光，铂片为阴极，alsi10mg合金为阳极，电解液为步骤一配制；抛光后立即流水冲洗；

四、将步骤三处理的alsi10mg合金进行超声清洗，完成所述电化学表面处理方法。

其中alsi10mg合金采用选择性激光熔化技术制备。

步骤二所述酸洗液中hno3、hf与h2o的体积比为10∶3∶7。

进一步的，步骤二所述alsi10mg合金中元素质量百分含量为：si：10～11％、mg：0.2～0.3％、fe：＜0.05％、cu：≤0.01％、ni：≤0.01％、zn：≤0.01％、ti：≤0.02％和余量为铝。

进一步的，步骤二酸洗至alsi10mg合金表面泛白，除去激光熔化形成的氧化层。酸洗后立即用流水冲洗，吹干备用。

进一步的，步骤三在磁力搅拌条件下进行电化学抛光，控制磁力恒温搅拌器转速为3～4r/s，温度为40～50℃。

进一步的，步骤三先将alsi10mg合金浸泡2～5s，再进行电化学抛光。

进一步的，步骤三所述电化学抛光电源采用直流恒压电源。

进一步的，步骤三第一次电化学抛光电压为3v，抛光时间为20min，抛光后，立即取下试样，用流水冲洗掉表面电解液。

进一步的，步骤三第二次电化学抛光电压为2v，抛光时间为20min，抛光后，立即取下试样，用流水冲洗掉表面电解液。

进一步的，步骤四所述超声清洗，频率40khz，时间为5min。超声清洗去除表面电解抛光生成的硅灰。

本发明的有益效果是：

本发明通过对选择性激光熔化技术制备的alsi10mg合金样品进行一定的电化学表面处理，当电极之间的电源提供电压时，电解电流流过电解液。根据电解过程，电子从阳极表面移动到阴极表面。对于阳极，它失去电子而被氧化。工件表面上的金属原子转化为金属离子，最终溶解在电解质溶液中，形成材料去除过程。电解抛光能够得到高的表面光洁度；能够得到高的抛光精度；而且操作环境好，金属损耗小，能量消耗少；抛光速度与金属的物理-机械性能无关，能大幅度提高生产效率；能改善金属零件表面的物理-机械性质、物理化学性质和使用性能；掌握操作技术较为容易。

本发明用于选择性激光熔化技术制备的alsi10mg合金的表面处理。

附图说明

图1为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理前后的xrd掠入射表征图谱，其中1代表处理后，2代表处理前；

图2为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理前后耐腐蚀性能测试图，其中1代表处理后，2代表处理前；

图3为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理前的电镜照片，

图4为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理后的电镜照片，

图5为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理前后的光学照片，其中1代表处理后，2代表处理前；

图6为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理后的糙度曲线图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种选择性激光熔化alsi10mg成形工件的电化学表面处理方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：

一、采用naoh、naf和去离子水配制电解液，控制naoh用量为60～70g/l，naf用量为30～35g/l；

二、采用酸洗液，将alsi10mg合金进行酸洗，酸洗后立即流水冲洗，干燥；

三、采用双电极体系将步骤二处理的alsi10mg合金进行两次电化学抛光，铂片为阴极，alsi10mg合金为阳极，电解液为步骤一配制；抛光后立即流水冲洗；

四、将步骤三处理的alsi10mg合金进行超声清洗，完成所述电化学表面处理方法。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二所述酸洗液中hno3、hf与h2o的体积比为10∶3∶7。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二所述alsi10mg合金中元素质量百分含量为：si：10～11％、mg：0.2～0.3％、fe：＜0.05％、cu：≤0.01％、ni：≤0.01％、zn：≤0.01％、ti：≤0.02％和余量为铝。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二酸洗至alsi10mg合金表面泛白。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三在磁力搅拌条件下进行电化学抛光，控制磁力恒温搅拌器转速为3～4r/s，温度为40～50℃。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三先将alsi10mg合金浸泡2～5s，再进行电化学抛光。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三所述电化学抛光电源采用直流恒压电源。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三第一次电化学抛光电压为3v，抛光时间为20min，抛光后，立即取下试样，用流水冲洗掉表面电解液。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三第二次电化学抛光电压为2v，抛光时间为20min，抛光后，立即取下试样，用流水冲洗掉表面电解液。其它与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四所述超声清洗，频率40khz，时间为5min。其它与具体实施方式一至九之一相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例一种选择性激光熔化alsi10mg成形工件的电化学表面处理方法，具体按以下步骤进行：

一、采用naoh、naf和去离子水配制电解液，控制naoh用量为60g/l，naf用量为33.35g/l；

二、采用酸洗液，将alsi10mg合金进行酸洗，酸洗至alsi10mg合金表面泛白，酸洗后立即流水冲洗，干燥；酸洗液中hno3、hf与h2o的体积比为10∶3∶7；alsi10mg合金尺寸为1cm×1cm×1mm；

三、在磁力搅拌条件下，采用双电极体系将步骤二处理的alsi10mg合金进行两次电化学抛光，铂片为阴极，alsi10mg合金为阳极，铂片的尺寸为2cm×2cm，阴阳两极平面平行，电解液为步骤一配制；进行电化学抛光，控制磁力恒温搅拌器转速为4r/s，温度为45℃；

第一次电化学抛光电压为3v，抛光时间为20min，抛光后，立即取下试样，用流水冲洗掉表面电解液；

第二次电化学抛光电压为2v，抛光时间为20min，抛光后，立即取下试样，用流水冲洗掉表面电解液；

四、将步骤三处理的alsi10mg合金进行超声清洗，所述超声清洗，频率40khz，时间为5min，完成所述电化学表面处理方法。

步骤二所述alsi10mg合金采用选择性激光熔化技术制备，元素质量百分含量为：si：10～11％、mg：0.2～0.3％、fe：＜0.05％、cu：≤0.01％、ni：≤0.01％、zn：≤0.01％、ti：≤0.02％和余量为铝。

步骤三先将alsi10mg合金浸泡2～5s，再进行电化学抛光。

步骤三所述电化学抛光电源采用直流恒压电源。

图1为本实施例alsi10mg合金电化学表面处理前后的xrd掠入射表征图谱，其中1代表处理后，2代表处理前；可以看出，样品抛光前后表面并没有生成新的膜层，均为al3.21si0.47混合物。

图2为本实施例alsi10mg合金电化学表面处理前后耐腐蚀性能测试图，其中1代表处理后，2代表处理前；可以看出，抛光后样品腐蚀电位升高，耐腐蚀性能增强。

图3为本实施例alsi10mg合金电化学表面处理前的电镜照片，alsi10mg合金表面呈现激光熔化冷却后留下的突起、凹陷以及杂质，表面粗糙。

图4为本实施例alsi10mg合金电化学表面处理后的电镜照片，抛光后alsi10mg合金表面出现工件内部的合金制作过程中所产生的熔池，突起分布均匀，粗糙度降低。

图5为本实施例alsi10mg合金电化学表面处理前后的光学照片，其中1代表处理后，2代表处理前；对比处理前后表面区别明显，抛光后样品表面光滑，呈现工件原有的金属光泽。

图6为本实施例alsi10mg合金电化学表面处理后的糙度曲线图，粗糙度ra＝1.863μm，证实本发明通过电化学表面处理技术将选择性激光熔化alsi10mg成形合金制品的粗糙度由3～5μm降到1～2μm，获得表面光滑，具有基体金属光泽的样品。

本实施例将alsi10mg合金样品进行一定的电化学表面处理，改善选择性激光熔化技术制备的alsi10mg合金样品的粗糙度和光泽度，从而改变耐腐蚀性能和力学性能等综合性能，使得选择性激光熔化技术制备的alsi10mg合金具有更适合与工业化应用的优良综合性能。