CN116673472A - 一种复合铝合金粉末及其规模化制备方法和用途 - Google Patents

一种复合铝合金粉末及其规模化制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种复合铝合金粉末及其规模化制备方法和用途，所述复合铝合金粉末包括铝合金粉以及负载在所述铝合金粉表面的硼粉；所述铝合金粉为微米级粉末；所述硼粉中粒径＜1μm的粉末质量占比≥90％。所述规模化制备方法包括：铝合金粉和硼粉经混料机进行混合，得到所述复合铝合金粉末。所述复合铝合金粉末能较好地规模化生产，且储运过程中不易发生硼粉和铝合金粉的分离，能够较好地为激光增材制造提供铝合金粉末来源，且铝合金粉与硼粉的复配使用可有效抑制激光增材制造过程中出现热撕裂，最终实现致密化及优异的力学性能。

Description

一种复合铝合金粉末及其规模化制备方法和用途
技术领域
本发明涉及铝合金粉末技术领域，尤其涉及一种复合铝合金粉末及其规模化制备方法和用途。
背景技术
铝合金具有一系列优良的性能，诸如密度低、比刚度及比强度高、塑性大、抗腐蚀性强、导电导热性能好、无毒、对环境友好、可回收再利用，因而在航空航天、交通运输、船舶或化工等领域获得了日益广泛的应用。例如，铝材在航空航天器中的应用占其自身重量的70％，在高速轨道车辆中的应用占其自身重量的85％以上。
然而对于几何形状复杂的高强铝合金零件，使用传统的减材制造方法进行加工面临工艺流程长，甚至难以加工成型等问题。零件几何形状的复杂度直接导致工艺流程的复杂度，加工成本也随之大幅上涨。
激光增材制造是一种近净成型的生产方法，在金属材料激光增材制造过程中，聚焦激光束以预编程模式进行扫描，以熔化金属或合金原料并产生所需的几何形状。由于激光增材制造技术逐层打印的特点，理论上可以一次性生产具有高度复杂几何特征的三维零件，大大简化工艺流程。此外，激光增材制造可以实现零件整合，即通过设计和制造具有更加复杂的拓扑结构的零件，不仅可以降低生产成本和零件故障风险，也显著提高零件的性能。因此，通过激光增材制造方法实现具有优异力学性能的轻质、高强铝合金复杂结构件一体化成型，及其在航空航天、汽车、船舶等关键领域的应用具有非常广阔的市场前景。
激光增材制造包括激光粉末床熔化和激光定向能量沉积两大类技术。激光粉末床熔化技术以激光束作为能量源，按照三维切面模型中规划好的路径在金属或合金粉末床进行逐层扫描，扫描过的金属或合金粉末通过熔化、凝固达到冶金结合的状态，最终获得模型所设计的金属零件。激光定向能量沉积以激光束作为能量源，熔化同步供给的金属或合金粉末以实现复杂零件的一次性成型。
激光增材制造过程中热循环复杂、热应力严重，容易导致热开裂。目前只有少数Al-Si系铸造铝合金(如AlSi10Mg，AlSi12)与激光增材制造工艺兼容，这些铸造铝合金的近共晶成分使他们在凝固过程中具有较窄的凝固温度范围，有利于降低裂纹敏感性。
然而Al-Si系等铸造铝合金无法与强度更高的变形铝合金竞争，与Al-Si系等铸造铝合金相比，变形铝合金(如2xxx、6xxx、7xxx系变形铝合金)在时效处理过程中析出沉淀强化相，屈服强度可达400MPa，延伸率可达10％，是典型的航空航天材料。但是这些沉淀硬化型变形铝合金与激光增材制造过程兼容性差，表现为严重的热裂倾向，热裂的根本原因在于：凝固界面不稳定的过冷状态以及较大的凝固区间和温度梯度诱导柱状晶形成，凝固后期的收缩引起孔洞和热裂纹。尤其地，当使用激光增材制造方法打印大尺寸、形状复杂的铝合金零件时将面临更加复杂的热应力循环及更严重的开裂现象。
因此有必要开发适用于激光增材制造，尤其适用于工业级激光增材制造的高性能铝合金粉末及其规模化制备方法，这对于加速激光增材制造高性能、复杂铝合金零件在航空航天等关键领域的应用至关重要。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种复合铝合金粉末及其规模化制备方法和用途，解决了硼粉与铝合金粉工业化混合过程中粉末混合不均导致最终激光增材制造过程中出现热撕裂的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种复合铝合金粉末，所述复合铝合金粉末包括铝合金粉以及负载在所述铝合金粉表面的硼粉；所述铝合金粉为微米级粉末；所述硼粉中粒径＜1μm的粉末质量占比≥90％。
为了避免高强度铝合金粉在增材制造的过程中发生热撕裂，采用硼粉与铝合金粉末进行混合，提高铝合金粉末的可打印性能。然而铝合金粉与硼粉混合在工业化生产过程中较难混合均匀，由于二者密度和化学性质的差异导致简单混合较为困难，当二者混合不均匀时，在后续增材制造的过程中仍然容易出现局部热撕裂的问题。本发明通过研究发现单纯依靠简单混合难以实现二者的均匀分散和储运，意外发现当限定铝合金粉为微米级粉末而硼粉中粒径＜1μm的粉末质量占比≥90％时，在混合过程中，硼粉将吸附在铝合金粉的表面，从而形成在微米级铝合金粉的表面负载吸附有硼粉的复合铝合金粉末结构，这种结构的形成使硼粉和铝合金粉在储运过程中难以因重力影响导致分布不均匀的情况，维持了复合铝合金粉的组成均匀性。
本发明所述的硼粉末优选地为粒径小于1μm，但允许有>1μm的硼粉存在。因此限定硼粉中粒径＜1μm的粉末质量占比≥90％，例如可以是90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或100％等。
优选地，所述铝合金粉的粒径分布在10～200μm的占比≥90％，例如可以是90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或100％等。
本发明进一步优选铝合金粉的粒径分布在10～200μm的占比≥90％，一方面更有利于满足后续增材制造中的粒径需求，另一方面此范围的粒径分布更有利于与本发明限定的特定粒径的硼粉进行复配，提高了最终复合铝合金粉的可打印性能。
优选地，所述硼粉中最大粒径≤2μm，例如可以是2μm、1.8μm、1.7μm、1.5μm或1.0μm等。本发明进一步优选最大粒径≤2μm，大颗粒的硼粉由于重力作用更大，难以长时间稳定的被吸附在铝合金粉的表面，因此限定最大粒径≤2μm，更有利于组分分布均匀，且工业化混粉更加均匀。
优选地，所述硼粉中粒径＜1μm的粉末质量占比达100％。这一限定能够进一步提高复合铝合金粉末的均匀性。
优选地，所述复合铝合金粉末中硼粉的质量占比为0.1～5wt％，例如可以是0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.5wt％、0.8wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％或5wt％等，优选为0.5～2wt％。
本发明中硼粉的作用机理为：硼的引入促进激光增材制造过程中形成细小的等轴晶，有利于协调晶界应变，抑制热撕裂；当硼粉的含量过低时，等轴晶形成能力不足，仍存在沿晶热裂纹；当硼粉的含量过高时，材料明显脆化。
优选地，所述硼粉吸附在所述铝合金粉的表面。
优选地，所述铝合金粉为2024铝合金粉。
本发明所述的铝合金粉优选是实心的，也可以是空心的，或者以二者共存的形式存在。所述的铝合金粉可以通过旋转电极雾化、气雾化、水雾化等任何增材制造领域常见的粉末方法制备获得，也可通过球磨等常见的二次加工方法获得。
优选地，所述铝合金粉按质量分数包括：Cu：3.8～4.9wt％；Mg：1.2～1.8wt％；Mn：0.3～0.9wt％；Si<0.5wt％；Fe<0.5wt％；Cr<0.1wt％；Zn<0.25wt％；Ti<0.15wt％，其余为Al和不可避免的杂质。
本发明中铝合金粉按质量分数包括：Cu：3.8～4.9wt％，例如可以是3.8wt％、4wt％、4.1wt％、4.2wt％、4.3wt％、4.5wt％、4.6wt％、4.7wt％、4.8wt％或4.9wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
Mg：1.2～1.8wt％，例如可以是1.2wt％、1.27wt％、1.34wt％、1.4wt％、1.47wt％、1.54wt％、1.6wt％、1.67wt％、1.74wt％或1.8wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
Mn：0.3～0.9wt％，例如可以是0.3wt％、0.37wt％、0.44wt％、0.5wt％、0.57wt％、0.64wt％、0.7wt％、0.77wt％、0.84wt％或0.9wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
Si<0.5wt％，例如可以是0wt％、0.1wt％、0.15wt％、0.19wt％、0.23wt％、0.28wt％、0.32wt％、0.36wt％、0.41wt％、0.45wt％或0.49wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
Fe<0.5wt％，例如可以是0wt％、0.1wt％、0.15wt％、0.19wt％、0.23wt％、0.28wt％、0.32wt％、0.36wt％、0.41wt％、0.45wt％或0.49wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
Cr<0.1wt％，例如可以是0wt％、0.01wt％、0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％或0.09wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
Zn<0.25wt％，例如可以是0wt％、0.01wt％、0.04wt％、0.07wt％、0.09wt％、0.12wt％、0.15wt％、0.17wt％、0.2wt％、0.23wt％或0.24wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
Ti<0.15wt％，例如可以是0wt％、0.01wt％、0.03wt％、0.05wt％、0.06wt％、0.08wt％、0.09wt％、0.11wt％、0.12wt％或0.14wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述铝合金粉的表面具有枝晶凝固形貌。
优选地，所述铝合金粉的比表面积为80～100m2/kg，例如可以是80m2/kg、82m2/kg、85m2/kg、89m2/kg、90m2/kg、92m2/kg、95m2/kg或100m2/kg等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
如前所述，本发明的关键在于铝合金粉和硼粉的混合均匀性问题，在工业化生产、储运过程中容易发生混合后铝合金粉和硼粉的分离或者是混合过程中本身就混合不均匀的难题，通过研究表明，当铝合金粉末的比表面积控制在上述范围时，利于铝合金粉对硼粉的吸附，二者不是简单的物料堆叠关系，而是形成吸附力，从而提高了工业化生产产品的性能。
第二方面，本发明提供一种第一方面所述的复合铝合金粉末的规模化制备方法，所述规模化制备方法包括：铝合金粉和硼粉经混料机进行混合，得到所述复合铝合金粉末。
目前相关研究大多集中在实验室，实验室级别的混粉方式与规模化、批量混粉存在较大差异，在规模化、批量混粉过程中如何克服混粉不均匀性，实现批量生产以适用于工业级激光增材制造需求亟需探索和解决。
优选地，所述混料机为双锥混料机。
优选地，所述混合在保护气氛中进行。需要以氮气或氩气等保护气体进行洗气操作，排除设备内的空气，以防止复合铝合金粉末氧化。
优选地，所述保护气氛包括氩气和/或氮气。
优选地，所述混合的转速为5～100r/min，例如可以是5r/min、16r/min、27r/min、37r/min、48r/min、58r/min、69r/min、79r/min、90r/min或100r/min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选为20～50r/min。
优选地，所述混合的时间为0.5～10h，例如可以是0.5h、1.6h、2.7h、3.7h、4.8h、5.8h、6.9h、7.9h、9h或10h等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选为0.5～2h。
本发明的混粉转速低且混粉时间短，大大降低了混粉的能耗。
第三方面，本发明提供一种第一方面所述的复合铝合金粉末在激光增材制造中的用途。
所述的激光增材制造方法可包含任何以激光束为热源，以金属或合金粉末为载体的材料逐层累加的方法制造实体零件的过程，例如激光粉末床熔化或激光定向能量沉积等。
在本发明中，在概念上，激光粉末床熔化(laser powder bed fusion)以激光束作为能量源，按照三维切面模型中规划好的路径在金属或合金粉末床进行逐层扫描，扫描过的金属或合金粉末通过熔化、凝固达到冶金结合的状态，最终获得模型所设计的金属零件。由于选区激光熔化(selective laser melting)等均采用相似原理，根据本发明，其属于激光粉末床熔化。
在本发明中，在概念上，激光定向能量沉积(laser directed energydeposition)指以激光束作为能量源，熔化同步供给的金属或合金粉末的增材制造方法。由于激光工程近净成型(laser engineered net shaping)、激光金属沉积(laser metaldeposition)、激光快速成型(laser rapid forming)等均采用相似原理，根据本发明，其属于激光定向能量沉积。
优选地，所述复合铝合金粉末在激光粉末床熔化成型中的用途。
优选地，所述激光粉末床熔化成型中复合铝合金粉末的粒径为15～53μm，例如可以是15μm、20μm、24μm、28μm、32μm、37μm、41μm、45μm、49μm或53μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述激光粉末床熔化成型中激光功率为100～500W，例如可以是100W、145W、180W、230W、270W、320W、360W、410W、450W或500W等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述激光粉末床熔化成型中激光扫描速率为200～1600mm/s，例如可以是200mm/s、350mm/s、510mm/s、660mm/s、820mm/s、970mm/s、1130mm/s、1280mm/s、1445mm/s或1600mm/s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述激光粉末床熔化成型中线间距为50～200μm，例如可以是50μm、67μm、84μm、100μm、117μm、134μm、150μm、167μm、184μm或200μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述激光粉末床熔化成型中层厚为20～40μm，例如可以是20μm、23μm、25μm、27μm、29μm、32μm、34μm、36μm、38μm或40μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述激光粉末床熔化成型中层间转角为0～90°，例如可以是0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°或90°等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述复合铝合金粉末在激光定向能量沉积成型中的用途。
优选地，所述激光定向能量沉积成型中复合铝合金粉末的粒径为50～150μm，例如可以是50μm、56μm、62μm、67μm、73μm、78μm、84μm、89μm、95μm、100μm、108μm、112μm、117μm、122μm、127μm、133μm、138μm、142μm、147μm或150μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述激光定向能量沉积成型中激光功率为200～700W，例如可以是200W、230W、260W、300W、330W、360W、400W、430W、460W、500W、530W、560W、600W、630W、660W、700W等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述激光定向能量沉积成型中激光扫描速率为1～30mm/s，例如可以是1mm/s、5mm/s、8mm/s、11mm/s、14mm/s、18mm/s、21mm/s、24mm/s、27mm/s或30mm/s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述激光定向能量沉积成型中线间距为200～600μm，例如可以是200μm、245μm、280μm、330μm、370μm、420μm、460μm、515μm、556μm或600μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述激光定向能量沉积成型中层厚为100～600μm，例如可以是100μm、138μm、190μm、250μm、310μm、360μm、420μm、480μm、540μm或600μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述激光定向能量沉积成型中层间转角为0～90°，例如可以是0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°或90°等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的复合铝合金粉末基本保持其球形形貌及尺寸，硼粉均匀附着在铝合金粉末表面，复合铝合金粉末流动性好，可满足激光粉末床熔化和激光定向能量沉积设备对粉末流动性的要求；
(2)本发明提供的复合铝合金粉末的规模化制备方法操作简单、用时短，且能够规模化生产、适用于工业级激光增材制造，可实现百公斤级别的生产，克服了现有混粉不均匀的问题，打印得到的产品力学性能优良，优选条件下其屈服强度均在385MPa以上，抗拉强度在495MPa以上，延伸率均≥7.9％；
(3)本发明提供的复合铝合金粉末在激光增材制造中可打印窗口宽，显著改善力学性能；此外，本发明证明工业级混粉制备的复合铝合金粉末能够用于打印大尺寸和复杂形状工业级零件。
附图说明
图1是本发明实施例1采用的铝合金粉的SEM图。
图2是本发明实施例1采用的硼粉的SEM图。
图3是本发明实施例1制得的复合铝合金粉的SEM图。
图4是图3的局部放大图。
图5是本发明应用例1中250W和600mm/s条件下3D打印得到的产品表面的光学显微镜图。
图6是本发明应用例1中250W和800mm/s条件下3D打印得到的产品表面的光学显微镜图。
图7是本发明应用例1中250W和1000mm/s条件下3D打印得到的产品表面的光学显微镜图。
图8是本发明应用例1中250W和1200mm/s条件下3D打印得到的产品表面的光学显微镜图。
图9是本发明应用例1中350W和600mm/s条件下3D打印得到的产品表面的光学显微镜图。
图10是本发明应用例1中350W和800mm/s条件下3D打印得到的产品表面的光学显微镜图。
图11是本发明应用例1中350W和1000mm/s条件下3D打印得到的产品表面的光学显微镜图。
图12是本发明应用例1中350W和1200mm/s条件下3D打印得到的产品表面的光学显微镜图。
图13是本发明应用例1中250W和800mm/s条件下得到的样品的应力应变曲线图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
实施例1～8和对比例1～2提供一种铝合金粉末的规模化制备方法，所述规模化制备方法包括：双锥混料机先经氮气排出设备内的空气，再将铝合金粉(2024合金粉，合金粉的具体组成为：Cu：4.85wt％；Mg：1.56wt％；Mn：0.47wt％；Si：0.2wt％；Fe：0.15wt％；Cr：0.019wt％；Zn：0.02wt％；Ti：0.001wt％，其余为Al和不可避免的杂质，所述铝合金粉的表面具有枝晶凝固形貌，实施例1中铝合金粉如图1所示)和硼粉(实施例1中硼粉如图2所示)经双锥混料机进行混合，混合的转速为10r/min，时间为1h，得到所述复合铝合金粉末。
在上述范围内调整铝合金粉和硼粉的配比和粒径选择，具体如表1所示。
表1
实施例1中制得的复合铝合金粉末的扫描电子显微镜(SEM)分析如图1所示，由图3～4可以看出，复合粉末仍然保持球形，形貌及尺寸并未遭到破坏，硼粉均匀附着在铝合金粉的表面上，表明采用双锥混粉机进行批量级混粉的可行性。
实施例9
本实施例提供一种铝合金粉末的规模化制备方法，所述规模化制备方法包括：双锥混料机先经氮气排出设备内的空气，再将铝合金粉(2024合金粉，合金粉的具体组成为：Cu：4.75wt％；Mg：1.68wt％；Mn：0.55wt％；Si：0.15wt％；Fe：0.18wt％；Cr：0.02wt％；Zn：0.018wt％；Ti：0.007wt％，其余为Al和不可避免的杂质；粒径范围为15～62μm的占比98％，所述铝合金粉的表面具有枝晶凝固形貌，比表面积为92m2/kg)和硼粉(粒径＜1μm的粉末质量占比为98％，最大粒径为1.2μm)经双锥混料机进行混合，混合的转速为50r/min，时间为0.5h，得到所述复合铝合金粉末。
实施例10
本实施例提供一种铝合金粉末的规模化制备方法，所述规模化制备方法包括：双锥混料机先经氮气排出设备内的空气，再将铝合金粉(2024合金粉，合金粉的具体组成为：Cu：4.75wt％；Mg：1.68wt％；Mn：0.55wt％；Si：0.15wt％；Fe：0.18wt％；Cr：0.02wt％；Zn：0.018wt％；Ti：0.007wt％，其余为Al和不可避免的杂质；粒径范围为53～160μm的占比97％，所述铝合金粉的表面具有枝晶凝固形貌，比表面积为85m2/kg)和硼粉(粒径＜1μm的粉末质量占比为99％，最大粒径为1.15μm)经双锥混料机进行混合，混合的转速为20r/min，时间为1.5h，得到所述复合铝合金粉末。
实施例11
以实施例1为基础，将双锥混粉机混粉替换为球磨混粉，球料比为1:1，分散40h。
本实施例中球磨过程能量高，研磨体对试验粉末反复地冲击和研磨的过程中，易导致试验粉末发生塑性变形，损害粉末球形度，降低粉末流动性，对激光增材制造尤其是同轴送粉激光定向能量沉积过程极为不利，粉末流动性差易导致粉末供给困难，进而影响成型性。更严重地，球磨过程可能导致试验粉末破碎、细化，无法满足激光粉末床熔化和激光定向能量沉积设备对粉末的粒度要求。
实施例12
以实施例11为基础，将投料修改为1980g和20g，其余均与实施例11相同。
对比实施例11～12可以看出，球磨的方案适用于约1kg的粉末混合能够得到混合均匀的产品，对这种材料进行规模化批量、规模化混粉效果不佳，即实施例11得到的复合粉末并不均匀。
实施例13
以实施例1为基础，将双锥混粉机混粉替换为采用静电组装的方式进行混粉，本对比例中静电组装过程一般对环境要求极高，一般在低于5ppm的氧气和水分的手套箱中完成，这也决定难以利用静电组装技术进行大批量、规模化生产复合粉末。
应用例1
探究本发明中复合铝合金粉末的打印窗口，提供一种实施例1中复合铝合金粉末在激光增材制造中的用途，所述用途包括：
以实施例1所述复合铝合金粉末为原料，在基板表面进行激光粉末床熔化成型，其中激光功率为250W或350W，激光扫描速度为600mm/s、800mm/s、1000mm/s或1200mm/s，每层粉末成型的层厚为30μm，线间距为125μm，每层粉末成型的层间转角为67°，基板为铝合金基板且预热至150℃。
对应用例1中得到的合金样品进行纵截面分析，其光学显微照片如图5～图12所示，可见，所有样品都没有开裂，仅在少数成型参数不当时出现未熔合和气孔缺陷，表明工业级别混粉制备的复合粉末可打印性极佳。
应用例2～8以及应用对比例1采用与应用例1相同的工艺参数，其中激光功率为250W，激光扫描速度为800mm/s，除粉末原料分别采用实施例2～8和对比例1的复合铝合金粉末外，其余均与应用例1相同。
应用例9
本应用例提供一种实施例9中复合铝合金粉末在激光增材制造中的用途，所述用途包括：
以实施例9所述复合铝合金粉末为原料，在基板表面进行激光粉末床熔化成型，其中激光功率为300W，激光扫描速度为900mm/s，每层粉末成型的层厚为40μm，线间距为200μm，每层粉末成型的层间转角为90°，基板为铝合金基板且预热至130℃。
应用例10
本应用例提供一种实施例10中复合铝合金粉末在激光增材制造中的用途，所述用途包括：
以实施例10所述复合铝合金粉末为原料，在基板表面进行激光定向能量沉积成型，其中激光功率为400W，激光扫描速度为20mm/s，每层粉末成型的层厚为200μm，线间距为460μm，每层粉末成型的层间转角为90°。
依据GB/T228.1-2010对打印的合金样品在室温下进行拉伸试验，测试其屈服强度、抗拉强度和延伸率，结果如表2所示。
其中应用例1中250W和800mm/s条件下得到的样品的应力应变曲线如图13所示，可以看出，批量混粉制备的复合粉末得到的合金样品屈服强度达到了385MPa，抗拉强度达到了504MPa，延伸率达到了8.2％。
表2
屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 延伸率(％)
应用例2 375 490 7.8
应用例3 378 483 7.2
应用例4 370 480 7.6
应用例5 203 220 2.1
应用例6 85 106 0.6
应用例7 373 472 6.8
应用例8 365 476 7.0
应用例9 385 495 7.9
应用例10 390 502 8.1
应用对比例1 362 465 7.0
从表1可以看出如下几点：
(1)综合应用例1和应用例9～10可以看出，本发明提供的铝合金粉末的规模化制备方法不仅能够适用于百公斤级别的规模化生产，而且硼粉和铝合金粉混合均匀，适合后续进行激光增材制造，打印得到的产品力学性能优良，其屈服强度均在385MPa以上，抗拉强度在495MPa以上，延伸率均≥7.9％。
(2)综合应用例1和应用对比例1可以看出，在相同质量配比的情况下，应用对比例1中硼粉的粒径过大导致无法在铝合金粉的表面形成稳固的吸附力，最终打印得到的产品性能不佳，由此表明，硼粉的粒径对于最终产品的性能影响关键，由于在规模化生产过程中，硼粉与铝合金粉末本身密度的差异导致二者即使混合均匀后也极易在储运过程中发生分离导致分布不均匀，本发明将硼粉的粒径限定在特定范围，解决了复合铝合金粉末规模化放大的难题。
并且进一步综合应用例1和应用例2～3可以看出，应用例1中严格控制硼粉的粒径均小于1μm，相较于应用例2～3中硼粉的粒径中含有部分大于1μm的颗粒而言，应用例1打印得到的产品的屈服强度、抗拉强度和延伸率均优于应用例2～3，由此表明，本发明优选将硼粉的粒径控制均小于1μm，进一步提升了复合铝合金粉末在激光增材制造后所得产品的力学性能。(3)综合应用例1、应用例4和应用对比例2可以看出，应用例4中铝合金粉的粒径分布不在优选范围内，最终产品的力学性能相较于应用例1下降明显，而应用对比例2中由于铝合金粉的粒径过小，一方面难以与硼粉形成良好地吸附结合状态，另一方面本身粒径过小难以满足激光增材制造的需求导致后期无法进行3D打印，由此表明，本发明将铝合金粉末的粒径控制在特定范围，有利于在激光增材制造应用；
(3)综合应用例1和应用例5～6可以看出，硼粉和铝合金粉的质量比对于最终产品的性能影响显著，通过将硼粉的加入量控制在合理范围，更有利于提升产品的性能。
(4)综合应用例1和应用例7～8可以看出，应用例1中选用比表面积为82m2/kg的铝合金粉末，相较于应用例7～8中分别选用比表面积为73m2/kg和113m2/kg的铝合金粉末而言，应用例1制得的产品的力学性能均优于应用例7～8，由此表明，本发明通过将铝合金粉末的比表面积控制在特定范围内，更有利于规模化混合，提高了最终产品的力学性能。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种复合铝合金粉末，其特征在于，所述复合铝合金粉末包括铝合金粉以及负载在所述铝合金粉表面的硼粉；
所述铝合金粉为微米级粉末；
所述硼粉中粒径＜1μm的粉末质量占比≥90％。
2.根据权利要求1所述的复合铝合金粉末，其特征在于，所述铝合金粉的粒径分布在10～200μm的占比≥90％；
优选地，所述硼粉中最大粒径≤2μm；
优选地，所述硼粉中粒径＜1μm的粉末质量占比达100％。
3.根据权利要求1所述的复合铝合金粉末，其特征在于，所述复合铝合金粉末中硼粉的质量占比为0.1～5wt％，优选为0.5～2wt％；
优选地，所述硼粉吸附在所述铝合金粉的表面。
4.根据权利要求1所述的复合铝合金粉末，其特征在于，所述铝合金粉为2024铝合金粉；
优选地，所述铝合金粉按质量分数包括：Cu：3.8～4.9wt％；Mg：1.2～1.8wt％；Mn：0.3～0.9wt％；Si<0.5wt％；Fe<0.5wt％；Cr<0.1wt％；Zn<0.25wt％；Ti<0.15wt％，其余为Al和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的复合铝合金粉末，其特征在于，所述铝合金粉的表面具有枝晶凝固形貌；
优选地，所述铝合金粉的比表面积为80～100m2/kg。
6.一种权利要求1～5任一项所述的复合铝合金粉末的规模化制备方法，其特征在于，所述规模化制备方法包括：
铝合金粉和硼粉经混料机进行混合，得到所述复合铝合金粉末。
7.根据权利要求6所述的规模化制备方法，其特征在于，所述混料机为双锥混料机；
优选地，所述混合在保护气氛中进行；
优选地，所述保护气氛包括氩气和/或氮气；
优选地，所述混合的转速为5～100r/min；
优选地，所述混合的时间为0.5～10h。
8.一种权利要求1～5任一项所述的复合铝合金粉末在激光增材制造中的用途。
9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，所述复合铝合金粉末在激光粉末床熔化成型中的用途；
优选地，所述激光粉末床熔化成型中复合铝合金粉末的粒径为15～53μm；
优选地，所述激光粉末床熔化成型中激光功率为100～500W；
优选地，所述激光粉末床熔化成型中激光扫描速率为200～1600mm/s；
优选地，所述激光粉末床熔化成型中线间距为50～200μm；
优选地，所述激光粉末床熔化成型中层厚为20～40μm；
优选地，所述激光粉末床熔化成型中层间转角为0～90°。
10.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，所述复合铝合金粉末在激光定向能量沉积成型中的用途；
优选地，所述激光定向能量沉积成型中复合铝合金粉末的粒径为50～150μm；
优选地，所述激光定向能量沉积成型中激光功率为200～700W；
优选地，所述激光定向能量沉积成型中激光扫描速率为1～30mm/s；
优选地，所述激光定向能量沉积成型中线间距为200～600μm；
优选地，所述激光定向能量沉积成型中层厚为100～600μm；优选地，所述激光定向能量沉积成型中层间转角为0～90°。
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