【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于增材制造制備鋁合金及其復合材料領域，尤其涉及到一種增材制造原位tic陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法。
技術介紹
1、金屬增材制造技術作為一種新型的制備技術，存在簡單高效、一步成型的特點，具有的高設計自由度，適用于異形復雜構件的制備與生產。與傳統鑄造、粉末冶金等制備工藝相比，展現出獨特的優勢。目前適用于增材制造的金屬主要為具有良好焊接性的材料，如鋼和鈦合金等。鋁合金由于低密度、高比強度和比剛度，是推進航空航天、汽車行業輕量化的重要材料，具有廣泛的應用前景。但由于鋁合金的激光反射率高、熱導率高和表面氧化程度高，難以通過增材制造成型制備。目前適用于增材制造的商用鋁合金主要為al-si合金，如alsi10mg、alsi12等鑄造鋁合金，但適用于增材制造成型的鑄造鋁合金由于高含量的si元素，且難以通過熱處理調控以實現熱處理強化的效果，未能達到較優的力學性能，限制其應用。因此，傳統商用al-cu、al-zn-mg等可熱處理強化高強鋁合金是實現增材制造鋁合金性能進一步提升的良好選擇。然而高強鋁合金具有寬的凝固區間、高的凝固收縮率，通過增材制造制備的樣品存在粗大的柱狀晶粒、高體積分數的熱裂紋和孔隙，難以成型制備。
2、針對可處理強化高強鋁合金存在的問題，通過微合金化或引入陶瓷顆粒對其進行改善。增材制造凝固過程中形成的al3x(sc、zr、ti、ta)作為異質形核劑，促進柱狀晶粒向等軸晶粒的轉變，抑制熱裂紋的形成。然而引入sc、zr元素的鋁合金表現出不均勻的晶粒形貌，存在超細晶、粗大柱狀晶和中等尺寸等軸晶的混合微觀結
3、在鋁基體中引入陶瓷顆粒的方式分為外加和原位合成兩種。外加方式是將陶瓷顆粒直接添加到鋁基體中，而原位合成方式是通過化學反應引入鋁基體中。其中通過外加的高含量陶瓷顆粒易發生團聚，難以均勻分散。而通過原位合成引入陶瓷顆粒的方式可以有效地避免此問題，從而更高效地提高鋁基復合材料的性能。目前熔鹽法可以實現陶瓷顆粒的原位引入，但其復雜的制備工藝難以實現規模化應用。因此需要一種簡單的制備工藝用于增材制造原位陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的生產制備。
技術實現思路
1、本專利技術針對上述技術中的不足，提出一種增材制造原位tic陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法。該方法從原位反應的角度出發，結合簡單的制備工藝，能夠有效地實現tic陶瓷顆粒的原位合成和在鋁基體中的均勻分散，獲得可熱處理強化高強鋁基復合材料。為實現上述目的，本專利技術是通過以下技術方案實現的：
2、本專利技術提供一種增材制造原位tic陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，包括以下步驟：
3、(1)復合粉末的制備
4、向純鋁或鋁合金粉末中外加引入鈦元素和碳元素，其中ti:c的摩爾比為1:(0.1～10)；對于向純鋁或鋁合金粉末中外加引入鈦元素和碳元素后得到的粉末，對其進行分散，分散后的粉末進行干燥處理；
5、(2)激光粉末床熔融成型
6、將步驟(1)所干燥的粉末使用3d打印機通過激光粉末床熔融法進行成型，3d打印參數激光功率為150～500w，激光掃描速度為300～2000mm/s，掃描線間距為80～110μm，粉末層厚為20～80μm，激光層間旋轉角度為0°～90°。
7、優選地，步驟(1)中，所述各元素含量為ti:0.05～10wt.％；c:0.05～10wt.％。
8、優選地，步驟(1)中，所述各元素含量為ti:1～3wt.％；c:0.25～1.25wt.％。
9、優選地，步驟(1)中，所述的鈦元素來自鈦粉；所述的碳元素來自石墨粉。
10、優選地，步驟(1)中，將均勻分散后的粉末置于真空干燥箱中，在100℃下干燥2～4h，隨后冷卻至室溫。
11、優選地，步驟(2)中，3d打印參數激光功率為225～325w，激光掃描速度為800～1300mm/s，掃描線間距為90～100μm，粉末層厚為30～60μm，激光層間旋轉角度為45°～90°。
12、優選地，對于激光粉末床熔融成型的復合材料樣品進行500～540℃下的固溶處理，隨后進行時效處理，得到熱處理后的復合材料樣品。
13、與現有技術比較，本專利技術具有實質性的特點為：
14、(1)本專利技術通過原位反應的方式在鋁基體中引入tic陶瓷顆粒，其作為異質形核劑促進晶粒細化，改善鋁基體的成型性，獲得高致密度的鋁基復合材料。
15、(2)本專利技術利用激光和粉末之間的相互作用，通過原位反應而非外加的方式在鋁基體中引入tic陶瓷顆粒，原位形成的tic陶瓷顆粒與鋁基體存在較好的界面結合。
16、(3)本專利技術采用原位反應結合熱處理，實現原位tic增強相和沉淀相協同強化的效果。
17、(4)本專利技術通過增材制造制備原位tic陶瓷顆粒增強鋁基復合材料，通過對鈦粉和石墨粉的比例、含量進行調整，對激光粉末床熔融成型中的工藝參數進行優化，制備出的原位tic陶瓷顆粒增強鋁基復合材料可以獲得較大程度的晶粒細化，復合材料內部未觀察到明顯的裂紋和孔隙，改善了強度和塑性，具有巨大的應用前景。
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1.一種增材制造原位TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種增材制造原位TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述各元素含量為Ti:0.05～10wt.％；C:0.05～10wt.％。
3.根據權利要求1所述的一種增材制造原位TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述各元素含量為Ti:1～3wt.％；C:0.25～1.25wt.％。
4.根據權利要求1所述的一種增材制造原位TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的鈦元素來自鈦粉；所述的碳元素來自石墨粉。
5.根據權利要求1所述的一種增材制造原位TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，3D打印參數激光功率為225～325W，激光掃描速度為800～1300mm/s，掃描線間距為90～100μm，粉末層厚為30～60μm，激光層間旋轉角度為45°～90°。
6.根據權利要求1所述的一種增材制造原位Ti
...【技術特征摘要】
1.一種增材制造原位tic陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種增材制造原位tic陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述各元素含量為ti:0.05～10wt.％；c:0.05～10wt.％。
3.根據權利要求1所述的一種增材制造原位tic陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述各元素含量為ti:1～3wt.％；c:0.25～1.25wt.％。
4.根據權利要求1所述的一種增材制造原位tic陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙冬冬，戎澤浩，沙軍威，楊浩然，錢天剛，戎旭東，張翔，何春年，趙乃勤，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：
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