[發明專利]一種三維多孔金屬材料燒結成型裝置及成型方法

有效

• 申請號: 201410120744.7
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103878369A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 馬強;陳振乾;周長軍
• 申請（專利權）人: 興化市興東鑄鋼有限公司
• 主分類號: B22F3/11
• 分類號: B22F3/11
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及一種多孔金屬材料的快速成型裝置及成型方法，屬于多孔金屬材料加工領域。

背景技術

多孔金屬材料是指在金屬制品內部隨機分布很多形狀各異孔洞的金屬材料。材料的孔洞之間可以是相互聯通（開孔）或者是相互獨立（閉孔）兩種結構。因為多孔金屬材料中含有大量的空隙，所以密度比相同金屬材料要小很多，加上其特有的比強度好，吸振、吸音性能好等一系列優點，使得多孔金屬材料具有功能材料和結構材料雙重特性。近些年來，多孔材料被應用于氣體分離、流體過濾、機械的消音吸震、電化學電極以及換熱裝備等諸多方面，具有廣闊的市場前景。

在多孔金屬的制造工藝方面，國內外學者經過多年的研究發展，提出了多種不同的制備工藝。?比較傳統方法的有液態成型工藝，這種方法是讓液態金屬在凝固過程中形成多孔金屬結構，包括直接發泡法、共晶凝固法、滲流鑄造法等等。直接發泡法是在液態金屬溶液中吹入氣體或者投入發泡劑來制造孔隙。烏克蘭冶金學家Shapovalov提出利用一些金屬和氫氣的共晶系統發生共晶轉變來形成氣固兩相的多孔金屬材料。滲流鑄造法是將液態金屬注入無機或有機顆粒形成的空隙中形成金屬和非金屬材料的復合體，再通過合適溶液或者熱處理的方法把原來的有機或者無機顆粒去除從而得到多孔金屬材料。沉積制造法是把氣態或者離子態等形態的金屬通過濺射、電化學、濺射等技術手段沉降到聚合物泡沫表面，在通過化學或者熱處理手段去除聚合物得到泡沫金屬的一直手段。這種方法操作條件要求高，投資大、生產成本高。

除了通過液態金屬制備和沉積制造法來制造多孔金屬材料，人們還發展了以固態粉末金屬為原料的多孔材料制備工藝。其中典型的是把金屬和粘結劑的混合物在常壓或者施加一定壓力條件下通過反應燒結得到多孔狀的金屬材料。

隨著3D打印技術、激光快速成型技術等精密制造技術的快速發展，多孔材料制備工藝也有了新一輪的革新。通過先進的三維成型技術可以對平鋪在工作平臺上的金屬粉末在二維平面上有選擇性的進行黏結或燒結，從而形成一個二維的多孔金屬網膜。然后工作平臺下移一層在多孔網膜上重新平鋪金屬粉末在按預定設計的結構進行黏結或者燒結。如此循環層層疊加形成所需要的三維多孔結構。然而，在燒結或者黏結工藝完成后，原先平鋪的金屬分層未燒結的部分會殘留在已成型的多孔金屬結構的孔隙內，這可能會堵塞多孔材料的孔隙，影響材料的成型精度。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種孔隙內無殘留金屬粉末的三維多孔金屬材料的燒結成型裝置和成型方法。

本發明所采用的技術方案具體是這樣實現的：

一種三維多孔金屬材料燒結成型裝置，包括真空室以及置于真空室內的工作臺，在所述工作臺上方設置有布粉機構和電子束燒結裝置，在所述真空室內還設置有吹掃機構和粉末回收機構，所述吹掃機構和粉末回收機構分別位于工作臺的兩側，所述的布粉機構包括移動驅動機構以及與移動驅動機構連接的布粉頭，所述的電子束燒結裝置包括電子束發射器以及偏轉線圈，所述的偏轉線圈使所述電子束發射器發出的電子束射到工作臺上需要燒結的位置，在所述工作臺的下方設置有使所述工作臺振動的超聲波發生裝置。

一種三維多孔金屬材料燒結成型方法，步驟如下：?

（1）將經過篩選的金屬粉末和添加劑投放入布粉機構中；

（2）調節真空室內的壓力達到預定的真空度1～10Pa，控制布粉機構在同一個高度條件下在二維方向移動，將金屬粉末和添加劑形成的混合粉末均勻地涂抹到工作臺表面；

（3）啟動電子束發射器的控制電源，控制電子束偏轉射到工作臺上需要燒結的金屬粉末層預定區域進行燒結成形；

（4）燒結成形后，關閉電子束發射器的控制電源，啟動超聲波發生裝置使得未燒結區域的金屬粉末從工作臺上彈出，同時，啟動吹掃機構向工作臺方向吹入惰性氣體，將金屬粉末吹入粉末回收機構中；

（5）在完成一層多孔結構的成形后，控制工作臺下降一層或控制所述布粉機構上升一層，并重復上述步驟一到步驟四在上一層多孔金屬材料平面上燒結新一層金屬粉末。

本發明的技術利用超聲波的的作用，使得未燒結的金屬粉末與已經成型的多孔金屬結構在燒結過程中及時分離，提高了多孔金屬材料的成型精度。

附圖說明

圖1是有超聲波輔助作用的三維多孔金屬材料電子束燒結成型裝置示意圖。

其中：1、電子束發射器，2、偏轉線圈，3、布粉機構，4、粉末回收機構，5、超聲波發生裝置，6、吹掃機構，7、工作臺，8、控制系統。

具體實施方式