CN113186589A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Abstract
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。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。方法:采用NaOH和EDTA配制电解液;将AlSi10Mg合金进行打磨,酸洗;采用三电极体系进行电化学抛光。本发明通过电化学表面处理技术将选择性激光熔化AlSi10Mg合金热处理制品的粗糙度12±2μm降到3±2μm,获得了表面光滑、显现金属光泽的AlSi10Mg合金热处理样品。本发明用于AlSi10Mg合金热处理制品表面处理。
Description
技术领域
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。
发明内容
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。
Claims (10)
1.一种选择性激光熔化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。
2.根据权利要求1所述的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,其特征在于步骤一控制NaOH用量为60g/L,EDTA用量为16.7g/L。
3.根据权利要求1所述的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。
4.根据权利要求1所述的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,其特征在于步骤二采用600目砂纸打磨。
5.根据权利要求1所述的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,其特征在于步骤二所述酸洗液中HNO3、HF与H2O的体积比为10∶3∶7。
6.根据权利要求1所述的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,其特征在于步骤二酸洗时间为1~2min,温度为室温。
7.根据权利要求1所述的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℃。
8.根据权利要求1所述的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,其特征在于步骤三先将AlSi10Mg合金浸泡2~5s,再进行电化学抛光。
9.根据权利要求1所述的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。
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