[發明專利]噴射沉積制備中空盤件的方法

有效

• 申請號: 201110400685.5
• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN102424946A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 陳剛;嚴紅革;涂川俊;黃建軍
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: C23C4/12
• 分類號: C23C4/12;C23C4/18
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;楊斌

技術領域

本發明涉及一種復合材料零部件的制備方法，尤其涉及一種中空件的噴射沉積制備工藝。

背景技術

中空件零部件為現代工業常見零配件，特別是在航空航天、交通、能源、化工等領域的一些關鍵部件，如汽車制動盤、飛輪、高速列車剎車盤、機箱、汽車飛機等框體、運載火箭燃料儲備箱等，都包含有中空部件。這些部件如果能夠采用高性能鋁、鎂合金或其復合材料制備，則可大大提高其性能，實現輕量化和節能減排等技術效果，具有廣闊的應用前景。

現有的噴射沉積工藝是制備高性能鋁、鎂合金及其顆粒增強復合材料的理想方法，它能夠獲得晶粒細小的組織，基體內增強顆粒分散均勻，體積分數高，無偏析、無有害界面反應，同時基于其快速凝固的組織特征，合金成分偏析程度小，材料受污染的程度低，這使得所制備的材料力學性能優越，綜合機械性能達到或超過粉末冶金/快速凝固材料，明顯優于鑄錠材料。噴射沉積工藝的基本原理是：將熔融金屬或合金在惰性氣氛中霧化，形成顆粒噴射流，直接噴射在較冷的基體上，經過撞擊、聚結、凝固而形成沉積物，再改變沉積基體的形狀或運動方式，可獲得錠、管板狀沉積坯。這種液滴與顆粒的沉積物含有一定的孔隙度，屬非連續介質體系，后續可進行鍛造、擠壓或軋制等致密化加工，最終獲得高性能坯件產品。

基于上述原理，噴射沉積獲取坯件來源于噴射顆粒流逐層疊加累積而成，其不能直接用于制備中空件。傳統噴射沉積制備中空件的方法為先沉積制坯，致密化加工后，再通過鉆銑等機加工或通過線切割等工序獲得中空部位，制備得到最后的產品。這種加工方式不僅工藝過程復雜、容易造成材料的浪費，而且機加工操作時還可能由于變形不均勻而導致產品的組織均勻性差，力學性能不夠理想；特別是對于有陶瓷增強顆粒的復合材料來說，由于耐磨性高或陶瓷顆粒的絕緣性，機加工（鉆孔）、線切割等工藝操作難度較大，甚至難以實施。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種產品組織均勻、材料利用率高、成本低廉、產品性能優越、工藝簡單的噴射沉積制備中空盤件的方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種噴射沉積制備中空盤件的方法，包括以下步驟：首先，采用噴射沉積工藝在基體上成型出該中空盤件的底層，在底層上置放金屬輻盤或模塊，然后在置放有金屬輻盤或模塊的底層上繼續進行噴射沉積，直至成型出該中空盤件的頂層，得到夾有所述金屬輻盤或模塊的噴射沉積坯件；去除所述金屬輻盤或模塊外露于噴射沉積坯件的部分，得到包埋金屬輻條的噴射沉積坯件；再對包埋金屬輻條的噴射沉積坯件進行壓制或熱壓（或者模壓、軋制等操作）以進行致密化，最后對致密化后的噴射沉積坯件進行熱處理，利用熱處理過程中的加熱保溫階段熔出所述金屬輻條，使噴射沉積坯件中成型出尺寸與金屬輻條一致的通孔，獲得中空盤件成品；

所述金屬輻盤或模塊主要采用熔點高于噴射沉積過程中沉積層溫度、且熔點低于所述熱處理時加熱溫度的材料制作。

要實現本發明的目的，金屬輻盤或模塊的制作材料選用是比較關鍵的，尤其是制作材料熔點的控制，即首先要使該材料的熔點在噴射流溫度以上，這樣在噴射沉積過程中，金屬輻盤或模塊不至于熔解，可以有效成型出中空盤件中的孔隙，同時還要使該材料的熔點控制在后續噴射沉積坯件的熱處理溫度（如淬火或固溶溫度）以下，這樣便能使金屬輻條在熱處理過程中熔出，得到所需要的中空盤件。而對于此類熔點有特殊要求的材料優選采用具有特定熔點的合金材料制作，因為本領域技術人員可以依據相圖通過合金成分的設計，進而得到熔點在特定區間的合金材料，使其能夠有效應用于本發明的工藝。作為公知的，該金屬輻盤或模塊的制作材料也不應與所述中空盤件的基體材料發生影響中空盤件性能的有害化學反應，而且所選的制作材料還應具備相應的壓縮強度，以保證噴射沉積坯件在熱模壓致密化時不發生潰散、熔化，以保證中空體的形狀。

上述的噴射沉積制備中空盤件的方法，所述噴射沉積過程中，噴射流與所述基體的平面優選呈傾斜夾角進行斜噴。所述夾角優選為30°～45°。采用傾斜噴射方式可使噴射液流與噴射沉積坯件沿珩條徑向構成一斜噴角度，這樣更有利于噴射流充分填充到珩條間的間隙中。

上述的噴射沉積制備中空盤件的方法中，所述噴射沉積時的工藝條件優選滿足：熔煉液體溫度為850℃以上，霧化氣體壓為0.8MPa～1.0MPa，增強顆粒的輸送壓力為0.3MPa～0.5MPa，基體的轉速為250r/min～300r/min，噴射高度為120mm～300mm。