一种选择性激光熔化AlSi10Mg合金热处理制品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：

金属材料增材制造技术，又称3d打印技术、激光快速成型技术，3d打印技术为新兴的、迅速发展的快速成型制造技术，广泛用于制造军工、航空航天、生物医学等领域的现代模型、模具和零部件等，其突出优点在于无需或少需机械加工或模具，能够直接从计算机图形数据中生成复杂结构和形状的零件，显著缩短产品的研制周期，提高原料的利用效率与生产效率，降低生产成本。

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。激光选取熔化过程中由于激光形成的熔池小，试样冷却速率非常快，这有利于获得细小的凝固组织，也会使一些溶质元素固溶到铝基体中。但是由增材制造出的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：

本发明要解决现有选择性激光熔化alsi10mg合金热处理制品表面粗糙度大，精密度低的技术问题，而提供一种选择性激光熔化alsi10mg合金热处理制品的电化学表面处理方法。

一种选择性激光熔化alsi10mg合金热处理制品的电化学表面处理方法，具体按以下步骤进行：

一、采用naoh、edta和去离子水配制电解液，控制naoh用量为60～70g/l，edta用量为15～20g/l；

二、将alsi10mg合金进行打磨，然后采用酸洗液进行酸洗，酸洗后立即流水冲洗，干燥；

三、采用三电极体系将步骤二处理的alsi10mg合金进行电化学抛光，铂片为阴极，alsi10mg合金为阳极，ag/agcl电极为参比电极，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。

进一步的，步骤一控制naoh用量为60g/l，edta用量为16.7g/l。

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。alsi10mg合金采用选择性激光熔化技术制备。

进一步的，步骤二采用600目砂纸打磨。除去激光熔化形成的氧化层。

进一步的，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，步骤二酸洗时间为1～2min，温度为室温。洗至样品表面泛白。

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38～43℃。

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，电化学工作站采用lsv模式，控制电压为0～10v，扫速为0.05v/s，灵敏度为1×10^-1。

进一步的，步骤四所述超声清洗，频率40khz，时间为5min。

本发明的有益效果是：

本发明slm成形alsi10mg铝合金经过热处理后，共晶硅尺寸增大，在铝基体中分布更加均匀。在热处理过程中，slm成形alsi10m合金中的共晶硅由纤维状依次经历断裂为块状、圆整化以及长大过程，最终呈现近球形形貌。与热处理前相比，合金抗拉强度和屈服强度均有所降低，但伸长率提高，力学性能达到rm≥380mpa，a≥8％。通过对选择性激光熔化技术制备的alsi10mg合金热处理样品进行一定的电化学表面处理，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alsi10mg合金热处理制品表面处理。

附图说明

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

图2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代表处理前，2代表处理后，

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(1μm)，

图5为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理后的的电镜照片(10μm)，

图6为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理后粗糙度曲线图，

图7为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理前eds测试图，

图8为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理后eds测试图。

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合金热处理制品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、edta和去离子水配制电解液，控制naoh用量为60～70g/l，edta用量为15～20g/l；

二、将alsi10mg合金进行打磨，然后采用酸洗液进行酸洗，酸洗后立即流水冲洗，干燥；

三、采用三电极体系将步骤二处理的alsi10mg合金进行电化学抛光，铂片为阴极，alsi10mg合金为阳极，ag/agcl电极为参比电极，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：步骤一控制naoh用量为60g/l，edta用量为16.7g/l。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：步骤二采用600目砂纸打磨。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：步骤二酸洗时间为1～2min，温度为室温。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38～43℃。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：步骤三所述电化学抛光，电化学工作站采用lsv模式，控制电压为0～10v，扫速为0.05v/s，灵敏度为1×10^-1。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合金热处理制品的电化学表面处理方法，具体按以下步骤进行：

一、采用naoh、edta和去离子水配制电解液，控制naoh用量为60g/l，edta用量为16.7g/l；

二、将alsi10mg合金进行打磨，然后采用酸洗液进行酸洗，酸洗后立即流水冲洗，吹干；

三、采用三电极体系将步骤二处理的alsi10mg合金进行电化学抛光，铂片为阴极，alsi10mg合金为阳极，ag/agcl电极为参比电极，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。

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。

步骤二采用600目砂纸打磨。除去激光熔化形成的氧化层。

步骤二所述酸洗液中hno3、hf与h2o的体积比为10∶3∶7。

步骤二酸洗时间为1～2min，温度为室温。洗至样品表面泛白。

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3r/s，温度为40℃

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，电化学工作站采用lsv模式，控制电压为0～10v，扫速为0.05v/s，灵敏度为1×10^-1。

步骤四所述超声清洗，频率40khz，时间为5min。

图1为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理前后的tafel耐腐蚀性能测试图，其中1代表处理前，2代表处理后；对比可知，抛光后样品腐蚀电位升高，耐腐蚀性能增强。

图2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代表处理前，2代表处理后，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3为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理前的电镜照片，表面杂乱粗糙。

图4为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理后的电镜照片(1μm)，图5为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理后的的电镜照片(10μm)，可以看出处理后的表面出现熔池现象，突起分布均匀，粗糙度降低。

图6为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理后粗糙度曲线图，粗糙度ra＝1.462μm，表面为基体金属光泽的样品。

图7为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理前eds测试图，样品表面主要由al、si、mg三种元素构成，在alsi10mg工件中，α-al相被适量的共熔单晶硅所包裹，所以表面al、si和o三种元素分布基本一致；由于后续制作工艺问题，该批样品表面引入了较多的杂质fe元素。

图8为实施例一alsi10mg合金电化学表面处理后eds测试图，样品表面的氧化铝相电解反应为铝硅合金，并且表面杂质fe元素得到去除。