《民用飛機選區(qū)激光熔融（SLM）用納米陶瓷強化Al-Si系鋁合金粉末》編制說明

《民用飛機選區(qū)激光熔融（SLM）用納米陶瓷強化Al-Si系鋁合金粉末》

編制說明

1、工作概況

1.1任務來源

納米陶瓷強化Al-Si系鋁合金粉末（以下簡稱：陶鋁粉末）是一種輕質、高強、綜合性

能優(yōu)異的新興材料，將陶鋁粉末與先進的選區(qū)激光熔融（SLM）技術相結合，能夠滿足民用

飛機對輕質高強、結構復雜大型結構件的需求，具有廣闊的應用前景。基于民機適航要求，

由上海交通大學牽頭，向中國材料與試驗團體標準委員會（以下簡稱：CSTM標準委員會）

提出《民用飛機選區(qū)激光熔融（SLM）用納米陶瓷強化Al-Si系鋁合金粉末》立項申請。

1.2參與單位

本標準的起草牽頭單位是上海交通大學，參與起草單位是中國商飛上海飛機設計研究院、

安徽相邦復合材料有限公司、上海交通大學安徽（淮北）陶鋁新材料研究院。

1.3工作組成員

本標準主要起草人有吳一、廉清、常坤、張韌、王浩偉、王洪澤、王鵬舉、夏存娟、聶

志寧、韓高陽、馬林。

2、產品簡要情況及標準制修訂原則

2.1產品簡要情況

原位自生TiB2陶瓷顆粒增強鋁基復合材料（以下簡稱：陶鋁材料）是在鋁及鋁合金熔

體中添加熔鹽，通過化學合成反應生成納米、亞微米級別的TiB2陶瓷顆粒，得到TiB2顆粒

規(guī)則圓整、分布均勻、界面相容性好、性能穩(wěn)定的鋁基復合材料。相比基體材料，陶鋁材料

的強度、彈性模量明顯提高，具有輕質高強度、高剛度、耐疲勞、低膨脹、高阻尼、易加工

等特點，已批量應用于軍工、航天、航空、汽車、電子等高新技術領域。本項目基于安徽相

邦復合材料有限公司生產的陶鋁材料，采用真空霧化粉技術制備得到適用于民用飛機SLM

的陶鋁粉末。通過前期基礎研究和性能驗證，證實陶鋁粉末具備大型增材制造復雜結構件可

成形性，具有良好的綜合力學性能，在民機典型結構件已獲得裝機試用，同時還可在航空發(fā)

動機及其他相關領域推廣。

2.2標準制修訂原則

本標準的制定主要遵循以下原則：

（1）編寫格式遵循GB/T1.1－2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和

起草規(guī)則》的規(guī)定；

（2）注意標準內容的完整性、準確性，條理清楚、相互協(xié)調，結構合理、內容全面，

簡明易懂，便于應用。

3、國內外相關標準分析

經查詢分析，國外暫無相關標準，而國內僅有一份GB/T38972-2020與本標準具有相關

性。本標準與GB/T38972-2020的區(qū)別如下：GB/T38972-2020規(guī)定的粉末物化性能較為寬

泛，且未涉及粉末具體應用領域，因而無法對民機增材制造件的應用起到針對性的指導作用。

本標準在GB/T38972-2020基礎上，針對民用飛機增材制造件的應用要求，進一步細化了粉

末的化學成分區(qū)間等，并規(guī)范了相關性能及批次穩(wěn)定性。

4、標準主要內容確定的論據

4.1范圍

范圍的編制格式遵循GB/T1.1－2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構

和起草規(guī)則》的規(guī)定。本標準規(guī)定了用于SLM的陶鋁粉末的要求，適用于民用飛機SLM用

陶鋁粉末產品設計與制造。

4.2規(guī)范性引用文件

規(guī)范性引用文件的編制格式遵循GB/T1.1－2020《標準化工作導則第1部分：標準化

文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定，列出了本標準中規(guī)范性引用的文件編號及名稱。

4.3術語和定義

本部分基于粉末生產商和民機主制造商的粉末相關控制要求規(guī)定了適用于本標準的術

語定義，包括：過程控制文件（PCD）、粉末批次。

4.4符號

本部分基于粉末生產商和民機主制造商的粉末相關控制要求規(guī)定了適用于本標準的符

號，包括：D10、D50、D90。

4.5技術要求

4.5.1粉末生產

民機主制造商采用過程控制文件的思路對粉末的生產工藝進行控制，按照AHXB-PCD-

2021-F001的規(guī)定進行。

4.5.2化學成分

本標準選擇牌號FCA101X-2陶鋁粉末作為標的對象，通過前期基礎研究和批次性能驗

證，該粉末具備大型復雜結構件可成形性，具備良好的綜合力學性能。在SLM成形過程中，

粉末的氧含量對成形質量影響非常大；此外，還可能存在元素揮發(fā)現(xiàn)象，導致打印件與粉末

原材料的化學成分出現(xiàn)偏差。因此，為確保SLM件滿足民機應用需求，本標準規(guī)定了適用

于民機SLM用陶鋁粉末的化學成分要求。測定按GB/T20975規(guī)定的方法進行，如涉及氧、

氮含量的測定，按GB/T5158.4和GB/T14265的規(guī)定進行。

4.5.3規(guī)格和粒度分布

SLM過程是將細粉與粗粉配比使用，通過細粉填充到粗粉的空隙中，提高熔融密度，

改善打印質量。本標準中采用的陶鋁粉末規(guī)格為15μm~53μm，規(guī)定了對于粒徑分布D10、

D50和D90的要求分別是19.0μm~24.0μm，27.5μm~40.0μm，54.5μm~59.5μm，測定按

GB/T19077的規(guī)定進行。

4.5.4振實密度

振實密度是指粉末在單位體積容器內經機械振實后所測得的質量，可以反映出粉末的顆

粒形狀、表面狀態(tài)、粒度分布等。為了確保SLM件符合民用飛機領域應用需求，根據多批

次粉末振實密度統(tǒng)計分析結果，本標準規(guī)定陶鋁粉末的振實密度應不小于1.45g/cm3，測定

按GB/T5162的規(guī)定進行。

4.5.5松裝密度

松裝密度是粉末在單位體積容器內自然松裝時的質量，可以反映出粉末的顆粒形狀、表

面狀態(tài)、粒度分布等。為了確保SLM件符合民用飛機領域應用需求，根據多批次粉末松裝

密度統(tǒng)計分析結果，本標準規(guī)定陶鋁粉末的松裝密度應不小于1.20g/cm3，測定按GB/T1479.1

的規(guī)定進行。

4.5.6卡尼流速

卡尼流速是50g粉末通過卡尼漏斗所需要的時間，可以反映出粉末的流動性。為了確保

SLM件符合民用飛機領域應用需求，根據多批次粉末卡尼流速統(tǒng)計分析結果，本標準規(guī)定

陶鋁粉末的卡尼流速應不超過22.0s/50g。

4.5.7外觀質量

外觀質量可以直接反映粉末質量以及粉末是否存在因保存不當導致受潮會其他雜物污

染。本標準規(guī)定陶鋁粉末應呈銀灰色或灰色，為球形顆粒狀，無團聚結塊。外觀顏色以目視

法檢查，球形形狀用放大鏡或顯微鏡檢測。

4.5.8微觀組織

微觀組織可以反映粉末的微觀形貌，包括納米TiB2陶瓷顆粒及基體合金。本標準規(guī)定陶

鋁粉末能夠通過表征觀察到尺寸在500nm以下的TiB2增強相顆粒，胞狀α-Al基體以及網格狀

共晶Si。微觀組織用光學顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）

等設備檢測。

5、主要試驗（或驗證）結果

本標準制定過程中收集并總結了陶鋁粉末相關技術資料作為參考依據，并對多批次粉末

特性測試結果進行計算分析。結果顯示，多批次粉末特性結果均滿足本標準要求，且相應的

SLM件產品性能也符合產品材料規(guī)范要求。經過驗證，本標準中給出的粉末特性指標是可

行且可靠的。陶鋁粉末SLM件在民機典型結構件已獲得裝機試用。

通過前期基礎研究和性能驗證，證實陶鋁粉末具備大型復雜結構件可成形性，具備良好

的綜合力學性能，在民機典型結構件已獲得裝機試用。

6、與有關的現(xiàn)行的方針、政策、法律、法規(guī)和強制性標準的關系

本標準符合現(xiàn)行方針、政策、法律、法規(guī)和強制性標準要求。

7、對征求意見及重大分歧意見的處理經過和依據

無。

8、標準水平建議及預期的社會經濟效果

本標準為中國材料與試驗團體標準。

本標準的制定將為民用飛機增材制造領域中粉末原材料的質量評估與鑒定提供參考依

據，也可以作為本領域中粉末供應商提升粉末質量水平的基準性文件，將在挖掘優(yōu)質國產鋁

合金粉末、促進供需對接、推動增材制造技術在民用飛機領域的規(guī)?；瘧玫确矫姘l(fā)揮重要

作用。

9、貫徹標準的要求和措施建議

本標準圍繞民機SLM件應用需求，對粉末的生產和技術指標做出規(guī)定，推薦粉末生產

商聯(lián)合主制造商在工程實踐中應用該標準。

建議盡快發(fā)布實施并向行業(yè)推廣。

10、廢止有關標準的建議

無。

11、標準涉及專利情況說明

本標準不涉及專利。

12、重要內容的解釋和其它應予說明的事項

無。

《民用飛機選區(qū)激光熔融（SLM）用納米陶瓷強化Al-Si系鋁合金粉末》

編制說明

1、工作概況

1.1任務來源

納米陶瓷強化Al-Si系鋁合金粉末（以下簡稱：陶鋁粉末）是一種輕質、高強、綜合性

能優(yōu)異的新興材料，將陶鋁粉末與先進的選區(qū)激光熔融（SLM）技術相結合，能夠滿足民用

飛機對輕質高強、結構復雜大型結構件的需求，具有廣闊的應用前景?；诿駲C適航要求，

由上海交通大學牽頭，向中國材料與試驗團體標準委員會（以下簡稱：CSTM標準委員會）

提出《民用飛機選區(qū)激光熔融（SLM）用納米陶瓷強化Al-Si系鋁合金粉末》立項申請。

1.2參與單位

本標準的起草牽頭單位是上海交通大學，參與起草單位是中國商飛上海飛機設計研究院、

安徽相邦復合材料有限公司、上海交通大學安徽（淮北）陶鋁新材料研究院。

1.3工作組成員

本標準主要起草人有吳一、廉清、常坤、張韌、王浩偉、王洪澤、王鵬舉、夏存娟、聶

志寧、韓高陽、馬林。

2、產品簡要情況及標準制修訂原則

2.1產品簡要情況

原位自生TiB2陶瓷顆粒增強鋁基復合材料（以下簡稱：陶鋁材料）是在鋁及鋁合金熔

體中添加熔鹽，通過化學合成反應生成納米、亞微米級別的TiB2陶瓷顆粒，得到TiB2顆粒

規(guī)則圓整、分布均勻、界面相容性好、性能穩(wěn)定的鋁基復合材料。相比基體材料，陶鋁材料

的強度、彈性模量明顯提高，具有輕質高強度、高剛度、耐疲勞、低膨脹、高阻尼、易加工

等特點，已批量應用于軍工、航天、航空、汽車、電子等高新技術領域。本項目基于安徽相

邦復合材料有限公司生產的陶鋁材料，采用真空霧化粉技術制備得到適用于民用飛機SLM

的陶鋁粉末。通過前期基礎研究和性能驗證，證實陶鋁粉末具備大型增材制造復雜結構件可

成形性，具有良好的綜合力學性能，在民機典型結構件已獲得裝機試用，同時還可在航空發(fā)

動機及其他相關領域推廣。

2.2標準制修訂原則

本標準的制定主要遵循以下原則：

（1）編寫格式遵循GB/T1.1－2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和

起草規(guī)則》的規(guī)定；

（2）注意標準內容的完整性、準確性，條理清楚、相互協(xié)調，結構合理、內容全面，

簡明易懂，便于應用。

3、國內外相關標準分析

經查詢分析，國外暫無相關標準，而國內僅有一份GB/T38972-2020與本標準具有相關

性。本標準與GB/T38972-2020的區(qū)別如下：GB/T38972-2020規(guī)定的粉末物化性能較為寬

泛，且未涉及粉末具體應用領域，因而無法對民機增材制造件的應用起到針對性的指導作用。

本標準在GB/T38972-2020基礎上，針對民用飛機增材制造件的應用要求，進一步細化了粉

末的化學成分區(qū)間等，并規(guī)范了相關性能及批次穩(wěn)定性。

4、標準主要內容確定的論據

4.1范圍

范圍的編制格式遵循GB/T1.1－2020《標準化工作導則