一种AlSi10Mg/ZrO2复合金属粉末及其成形加工工艺

本发明属于增材制造，具体涉及一种alsi10mg/zro2复合金属粉末及其成形加工工艺。

背景技术：

1、随工业技术的不断发展，在航天器发动机、随形冷却结构等复杂结构的制备上，轻质alsi10mg合金因其高比强度、优异的导电导热性被广泛应用与研究。但由于alsi10mg合金的氧化性较强且具有高达91%的激光反射率，在成形过程中会出现孔隙、球化等冶金缺陷，恶化成形质量。同时因为slm技术中快速熔化的特点，阻碍了晶粒形核，使成形零件不可避免的出现各向异性，严重限制了应用范围。据报道，zro2不仅可以有效的细化晶粒，还可以改变晶粒的生长模式，有利于提高合金的力学性能。

2、专利号为cn112853168a的中国专利公开了一种添加单元素er和zr的alsi10mg金属粉末及选区激光熔化制造工艺，其获得了抗拉强度为461±7mpa，硬度为156±7hv的样品。本发明在alsi10mg基材中添加氧化物zro2，制造的样品的抗拉强度为507±5mpa，显微硬度为165±2hv，延伸率达到4.5%，致密度达到99.7%，力学性能明显提高。

3、专利号为cn109280820a的中国专利公开了一种高强度铝合金（al-si-zn-cu-mg-x），x是mn、cr、ti、zr、sc、y、er、la、ce、nd、gd元素中的一种或几种，将合金粉末通过中频感应炉预合金熔炼后，进行气雾化工艺制粉，打印的样品抗拉强度超过500mpa，延伸率超过3%，这种工艺获得的材料力学性能好，但高强度铝合金价格较贵，预合金及气雾化制粉工艺复杂。

4、鉴于此，有必要开发一种alsi10mg/zro2复合金属粉末及其成形加工工艺，采用化合物zro2强化成形合金的性能，在母材便宜且工艺简化的基础上，可以获得优异的力学性能。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于提供一种alsi10mg/zro2复合金属粉末；

2、本发明的第一个目的由如下技术方案实施：一种alsi10mg/zro2复合金属粉末，以质量%计，所述alsi10mg/zro2复合金属粉末中包含0.8%的zro2粉末。

3、优选的，所述alsi10mg/zro2复合金属粉末为zro2粉末与alsi10mg金属粉末混合制成。

4、优选的，以质量%计，所述alsi10mg金属粉末包括si：10.00%~11.00%，mg：0.40%~0.45%，fe：0.14%~0.55%，cu≤0.05%，mn：0.01~0.45%，其余为al。

5、本发明的第二个目的在于提供一种alsi10mg/zro2复合金属粉末进行选区激光熔化增材制造成形的工艺；

6、本发明的第二个目的由如下技术方案实施：一种选区激光熔化增材制造成形工艺，包括如下步骤：

7、s1. 以al合金板为基板，在保护气体保护下，通过刮刀铺设alsi10mg/zro2复合金属粉末，控制粉末层厚度为30~60μm；

8、s2. 利用激光对s1中的粉末层进行扫描，进行选区激光熔化成形，激光的扫描策略为m型；

9、s3. 利用线切割将s2中成形的样品取下，并超声清洗得到成品。

10、优选的，在所述s1中，保护气体为氩气。

11、优选的，在所述s2中，激光扫描参数为：激光功率为350~400 w，扫描间距为60~80μm，扫描速率为1500~2750mm/s。

12、优选的，在所述s2中，激光的能量密度控制在68~92j/mm3。

13、本发明的优点：

14、本发明提供的alsi10mg/zro2复合金属粉末，添加了zro2后复合的alsi10mg合金，在采取选区激光熔化增材制造成形的工艺生产合金后，可以提高抗拉强度和硬度，主要有以下几个方面：

15、1、zro2在alsi10mg合金中具有高稳定性。

16、2、选区激光熔化打印的复合合金由于高的冷却速率，导致过饱和的si在边界析出后来不及长大，获得细小的晶粒,获得细晶强化的效果。

17、3、选区激光熔化打印的复合合金由于粉末完全熔化，液相充足，形成较好的熔池，使工件表面各层道之间完全搭接，表面比较平滑和平整，成形质量好。

18、4、选区激光熔化打印的复合合金提高了合金的力学性能。

19、本发明alsi10mg/zro2复合金属粉末在采取选区激光熔化增材制造成形的工艺生产合金后，相对于alsi10mg（基材），具有更好力学性能，在航空航天，交通运输等领域有广泛的工程应用价值。

技术特征：

1.一种alsi10mg/zro2复合金属粉末，其特征在于，以质量%计，所述alsi10mg/zro2复合金属粉末中包含0.8%的zro2粉末。

2.根据权利要求1所述一种alsi10mg/zro2复合金属粉末，其特征在于，所述alsi10mg/zro2复合金属粉末为zro2粉末与alsi10mg金属粉末混合制成。

3.根据权利要求1所述一种alsi10mg/zro2复合金属粉末，其特征在于，以质量%计，所述alsi10mg金属粉末包括si：10.00%~11.00%，mg：0.40%~0.45%，fe：0.14%~0.55%，cu≤0.05%，mn：0.01~0.45%，其余为al。

4.根据权利要求1-3任一所述一种alsi10mg/zro2复合金属粉末的成形加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述一种alsi10mg/zro2复合金属粉末的成形加工工艺，其特征在于，在所述s1中，保护气体为氩气。

6.根据权利要求4所述一种alsi10mg/zro2复合金属粉末的成形加工工艺，其特征在于，在所述s2中，激光扫描参数为：激光功率为350~400 w，扫描间距为60~80μm，扫描速率为1500~2750mm/s。

7.根据权利要求4所述一种alsi10mg/zro2复合金属粉末的成形加工工艺，其特征在于，在所述s2中，激光的能量密度控制在68~92j/mm3。

技术总结
本发明公开了一种AlSi10Mg/ZrO<subgt;2</subgt;复合金属粉末，包含0.8%的ZrO<subgt;2</subgt;粉末。本发明还公开了一种AlSi10Mg/ZrO<subgt;2</subgt;复合金属粉末成形加工的工艺，包括S1.以Al合金板为基板，在保护气体保护下，通过刮刀铺设AlSi10Mg/ZrO<subgt;2</subgt;复合金属粉末，控制粉末层厚度为30~60μm；S2.利用激光对S1中的粉末层进行扫描，进行选区激光熔化成形，激光的扫描策略为M型；S3.利用线切割将S2中成形的样品取下，并超声清洗得到成品。本发明AlSi10Mg/ZrO<subgt;2</subgt;复合金属粉末在采取选区激光熔化增材制造成形的工艺生产合金后，相对于AlSi10Mg（基材），具有更好力学性能，在航空航天，交通运输等领域有广泛的工程应用价值。

技术研发人员：宋博宇,韩永全,刘哲,孙振邦,张达兴
受保护的技术使用者：内蒙古工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15