《民用飞机选区激光熔融（SLM）用纳米陶瓷强化Al-Si系铝合金粉末》编制说明

《民用飞机选区激光熔融（SLM）用纳米陶瓷强化Al-Si系铝合金粉末》

编制说明

1、工作概况

1.1任务来源

纳米陶瓷强化Al-Si系铝合金粉末（以下简称：陶铝粉末）是一种轻质、高强、综合性

能优异的新兴材料，将陶铝粉末与先进的选区激光熔融（SLM）技术相结合，能够满足民用

飞机对轻质高强、结构复杂大型结构件的需求，具有广阔的应用前景。基于民机适航要求，

由上海交通大学牵头，向中国材料与试验团体标准委员会（以下简称：CSTM标准委员会）

提出《民用飞机选区激光熔融（SLM）用纳米陶瓷强化Al-Si系铝合金粉末》立项申请。

1.2参与单位

本标准的起草牵头单位是上海交通大学，参与起草单位是中国商飞上海飞机设计研究院、

安徽相邦复合材料有限公司、上海交通大学安徽（淮北）陶铝新材料研究院。

1.3工作组成员

本标准主要起草人有吴一、廉清、常坤、张韧、王浩伟、王洪泽、王鹏举、夏存娟、聂

志宁、韩高阳、马林。

2、产品简要情况及标准制修订原则

2.1产品简要情况

原位自生TiB2陶瓷颗粒增强铝基复合材料（以下简称：陶铝材料）是在铝及铝合金熔

体中添加熔盐，通过化学合成反应生成纳米、亚微米级别的TiB2陶瓷颗粒，得到TiB2颗粒

规则圆整、分布均匀、界面相容性好、性能稳定的铝基复合材料。相比基体材料，陶铝材料

的强度、弹性模量明显提高，具有轻质高强度、高刚度、耐疲劳、低膨胀、高阻尼、易加工

等特点，已批量应用于军工、航天、航空、汽车、电子等高新技术领域。本项目基于安徽相

邦复合材料有限公司生产的陶铝材料，采用真空雾化粉技术制备得到适用于民用飞机SLM

的陶铝粉末。通过前期基础研究和性能验证，证实陶铝粉末具备大型增材制造复杂结构件可

成形性，具有良好的综合力学性能，在民机典型结构件已获得装机试用，同时还可在航空发

动机及其他相关领域推广。

2.2标准制修订原则

本标准的制定主要遵循以下原则：

（1）编写格式遵循GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和

起草规则》的规定；

（2）注意标准内容的完整性、准确性，条理清楚、相互协调，结构合理、内容全面，

简明易懂，便于应用。

3、国内外相关标准分析

经查询分析，国外暂无相关标准，而国内仅有一份GB/T38972-2020与本标准具有相关

性。本标准与GB/T38972-2020的区别如下：GB/T38972-2020规定的粉末物化性能较为宽

泛，且未涉及粉末具体应用领域，因而无法对民机增材制造件的应用起到针对性的指导作用。

本标准在GB/T38972-2020基础上，针对民用飞机增材制造件的应用要求，进一步细化了粉

末的化学成分区间等，并规范了相关性能及批次稳定性。

4、标准主要内容确定的论据

4.1范围

范围的编制格式遵循GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构

和起草规则》的规定。本标准规定了用于SLM的陶铝粉末的要求，适用于民用飞机SLM用

陶铝粉末产品设计与制造。

4.2规范性引用文件

规范性引用文件的编制格式遵循GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分：标准化

文件的结构和起草规则》的规定，列出了本标准中规范性引用的文件编号及名称。

4.3术语和定义

本部分基于粉末生产商和民机主制造商的粉末相关控制要求规定了适用于本标准的术

语定义，包括：过程控制文件（PCD）、粉末批次。

4.4符号

本部分基于粉末生产商和民机主制造商的粉末相关控制要求规定了适用于本标准的符

号，包括：D10、D50、D90。

4.5技术要求

4.5.1粉末生产

民机主制造商采用过程控制文件的思路对粉末的生产工艺进行控制，按照AHXB-PCD-

2021-F001的规定进行。

4.5.2化学成分

本标准选择牌号FCA101X-2陶铝粉末作为标的对象，通过前期基础研究和批次性能验

证，该粉末具备大型复杂结构件可成形性，具备良好的综合力学性能。在SLM成形过程中，

粉末的氧含量对成形质量影响非常大；此外，还可能存在元素挥发现象，导致打印件与粉末

原材料的化学成分出现偏差。因此，为确保SLM件满足民机应用需求，本标准规定了适用

于民机SLM用陶铝粉末的化学成分要求。测定按GB/T20975规定的方法进行，如涉及氧、

氮含量的测定，按GB/T5158.4和GB/T14265的规定进行。

4.5.3规格和粒度分布

SLM过程是将细粉与粗粉配比使用，通过细粉填充到粗粉的空隙中，提高熔融密度，

改善打印质量。本标准中采用的陶铝粉末规格为15μm~53μm，规定了对于粒径分布D10、

D50和D90的要求分别是19.0μm~24.0μm，27.5μm~40.0μm，54.5μm~59.5μm，测定按

GB/T19077的规定进行。

4.5.4振实密度

振实密度是指粉末在单位体积容器内经机械振实后所测得的质量，可以反映出粉末的颗

粒形状、表面状态、粒度分布等。为了确保SLM件符合民用飞机领域应用需求，根据多批

次粉末振实密度统计分析结果，本标准规定陶铝粉末的振实密度应不小于1.45g/cm3，测定

按GB/T5162的规定进行。

4.5.5松装密度

松装密度是粉末在单位体积容器内自然松装时的质量，可以反映出粉末的颗粒形状、表

面状态、粒度分布等。为了确保SLM件符合民用飞机领域应用需求，根据多批次粉末松装

密度统计分析结果，本标准规定陶铝粉末的松装密度应不小于1.20g/cm3，测定按GB/T1479.1

的规定进行。

4.5.6卡尼流速

卡尼流速是50g粉末通过卡尼漏斗所需要的时间，可以反映出粉末的流动性。为了确保

SLM件符合民用飞机领域应用需求，根据多批次粉末卡尼流速统计分析结果，本标准规定

陶铝粉末的卡尼流速应不超过22.0s/50g。

4.5.7外观质量

外观质量可以直接反映粉末质量以及粉末是否存在因保存不当导致受潮会其他杂物污

染。本标准规定陶铝粉末应呈银灰色或灰色，为球形颗粒状，无团聚结块。外观颜色以目视

法检查，球形形状用放大镜或显微镜检测。

4.5.8微观组织

微观组织可以反映粉末的微观形貌，包括纳米TiB2陶瓷颗粒及基体合金。本标准规定陶

铝粉末能够通过表征观察到尺寸在500nm以下的TiB2增强相颗粒，胞状α-Al基体以及网格状

共晶Si。微观组织用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）

等设备检测。

5、主要试验（或验证）结果

本标准制定过程中收集并总结了陶铝粉末相关技术资料作为参考依据，并对多批次粉末

特性测试结果进行计算分析。结果显示，多批次粉末特性结果均满足本标准要求，且相应的

SLM件产品性能也符合产品材料规范要求。经过验证，本标准中给出的粉末特性指标是可

行且可靠的。陶铝粉末SLM件在民机典型结构件已获得装机试用。

通过前期基础研究和性能验证，证实陶铝粉末具备大型复杂结构件可成形性，具备良好

的综合力学性能，在民机典型结构件已获得装机试用。

6、与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准的关系

本标准符合现行方针、政策、法律、法规和强制性标准要求。

7、对征求意见及重大分歧意见的处理经过和依据

无。

8、标准水平建议及预期的社会经济效果

本标准为中国材料与试验团体标准。

本标准的制定将为民用飞机增材制造领域中粉末原材料的质量评估与鉴定提供参考依

据，也可以作为本领域中粉末供应商提升粉末质量水平的基准性文件，将在挖掘优质国产铝

合金粉末、促进供需对接、推动增材制造技术在民用飞机领域的规模化应用等方面发挥重要

作用。

9、贯彻标准的要求和措施建议

本标准围绕民机SLM件应用需求，对粉末的生产和技术指标做出规定，推荐粉末生产

商联合主制造商在工程实践中应用该标准。

建议尽快发布实施并向行业推广。

10、废止有关标准的建议

无。

11、标准涉及专利情况说明

本标准不涉及专利。

12、重要内容的解释和其它应予说明的事项

无。

《民用飞机选区激光熔融（SLM）用纳米陶瓷强化Al-Si系铝合金粉末》

编制说明

1、工作概况

1.1任务来源

纳米陶瓷强化Al-Si系铝合金粉末（以下简称：陶铝粉末）是一种轻质、高强、综合性

能优异的新兴材料，将陶铝粉末与先进的选区激光熔融（SLM）技术相结合，能够满足民用

飞机对轻质高强、结构复杂大型结构件的需求，具有广阔的应用前景。基于民机适航要求，

由上海交通大学牵头，向中国材料与试验团体标准委员会（以下简称：CSTM标准委员会）

提出《民用飞机选区激光熔融（SLM）用纳米陶瓷强化Al-Si系铝合金粉末》立项申请。

1.2参与单位

本标准的起草牵头单位是上海交通大学，参与起草单位是中国商飞上海飞机设计研究院、

安徽相邦复合材料有限公司、上海交通大学安徽（淮北）陶铝新材料研究院。

1.3工作组成员

本标准主要起草人有吴一、廉清、常坤、张韧、王浩伟、王洪泽、王鹏举、夏存娟、聂

志宁、韩高阳、马林。

2、产品简要情况及标准制修订原则

2.1产品简要情况

原位自生TiB2陶瓷颗粒增强铝基复合材料（以下简称：陶铝材料）是在铝及铝合金熔

体中添加熔盐，通过化学合成反应生成纳米、亚微米级别的TiB2陶瓷颗粒，得到TiB2颗粒

规则圆整、分布均匀、界面相容性好、性能稳定的铝基复合材料。相比基体材料，陶铝材料

的强度、弹性模量明显提高，具有轻质高强度、高刚度、耐疲劳、低膨胀、高阻尼、易加工

等特点，已批量应用于军工、航天、航空、汽车、电子等高新技术领域。本项目基于安徽相

邦复合材料有限公司生产的陶铝材料，采用真空雾化粉技术制备得到适用于民用飞机SLM

的陶铝粉末。通过前期基础研究和性能验证，证实陶铝粉末具备大型增材制造复杂结构件可

成形性，具有良好的综合力学性能，在民机典型结构件已获得装机试用，同时还可在航空发

动机及其他相关领域推广。

2.2标准制修订原则

本标准的制定主要遵循以下原则：

（1）编写格式遵循GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和

起草规则》的规定；

（2）注意标准内容的完整性、准确性，条理清楚、相互协调，结构合理、内容全面，

简明易懂，便于应用。

3、国内外相关标准分析

经查询分析，国外暂无相关标准，而国内仅有一份GB/T38972-2020与本标准具有相关

性。本标准与GB/T38972-2020的区别如下：GB/T38972-2020规定的粉末物化性能较为宽

泛，且未涉及粉末具体应用领域，因而无法对民机增材制造件的应用起到针对性的指导作用。

本标准在GB/T38972-2020基础上，针对民用飞机增材制造件的应用要求，进一步细化了粉

末的化学成分区间等，并规范了相关性能及批次稳定性。

4、标准主要内容确定的论据

4.1范围

范围的编制格式遵循GB/T1.1－2020《标准化工作导则