[發明專利]一種鋼/鋁異種金屬零件激光沉積增材制造方法

有效

• 申請號: 201610243829.3
• 申請日: 2016-04-19
• 公開（公告）號: CN105665709B
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 張新戈;楊兆軍;朱曉翠;李洪梅;許彬彬;林亮基;李文
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉程程

本發明公開了一種鋼/鋁異種金屬零件激光沉積增材制造方法，本方法通過鋼/鋁異種金屬漸進地一步連續成形或在鋼成型件基體上增材制造鋁合金工藝，實現復雜結構的鋼/鋁異種金屬零件的一體化增材制造。本發明可以通過改變輸送材料的成分、速度和制造工藝參數條件，使成形零件在不同部位具有不同的成分和性能，進而實現材料?結構?功能的一體化設計和制造，在制造異種金屬零件方面具有高效率、低成本、高性能質量等特有優勢。

技術領域

本發明屬于激光增材制造技術領域，具體涉及一種鋼/鋁異種金屬零件激光沉積增材制造方法，該方法尤其適用于各種復雜形狀鋼/鋁異種金屬零件的激光增材制造。

背景技術

鋼和鋁合金作為現代工業中應用最廣泛的兩種金屬材料，鋼/鋁異種金屬復合結構零件可以充分發揮各自優勢性能，具有輕質、高強、耐腐蝕等綜合優勢，而且可以降低零件整體設計制造成本,實現零件的結構功能一體化，受到了越來越多地重視。例如，火箭發動機的閥門和導管、汽車的車身骨架、船舶的上層建筑等均已采用鋼/鋁異種金屬復合結構設計。鋼/鋁復合結構零件在各領域的應用潛力，取決于鋼/鋁異種金屬高質量連接。

迄今為止，鋼/鋁異種金屬的連接主要還是采用鉚接、螺栓、軋制等機械連接技術。機械連接不僅生產效率低、工藝操作復雜、密封性差，而且不能實現鋼和鋁之間高強度的冶金結合，除此之外，機械連接一般采用搭接結構，浪費原材料，不利于結構輕量化。焊接技術由于可以實現金屬冶金結合，現階段涉及鋼/鋁異種金屬連接的方法呈多樣化，各具特色，大致可分為釬焊、固相焊、熔化焊和熔-釬焊等四大類。但是，受零件或構件尺寸、形狀和裝配要求以及焊接制造方法本身的限制，以及鋼和鋁合金的物理性能(熔點、密度、熱導率、線膨脹系數等)的較大差異、極易形成脆性金屬間化合物及互溶性等問題，對于復雜形狀和高性能要求的鋼/鋁異種金屬零件采用焊接技術進行制造存在難度，嚴重制約了鋼/鋁異種金屬零件在工業領域更廣泛的應用。

激光沉積(Laser Deposition，LD)增材制造技術是通過激光熔化同步輸送的原材料，逐層堆積而實現增材制造，可以精確調控能量輸入、加熱位置、材料成分等，實現各種復雜形狀金屬零件的高質量激光自由成形制造。激光沉積增材制造技術由于具有逐點連續添加材料進行成形的特點，可以通過改變輸送材料的成分、速度和制造工藝參數條件，使成形零件在不同部位具有不同的成分和性能，進而實現材料-結構-功能的一體化設計和制造，在制造異種金屬零件方面具有高效率、低成本、高性能質量等特有優勢。因此，研究開發鋼/鋁異種金屬零件激光熔化沉積增材制造方法具有重要的實用價值和廣闊的應用前景。

發明內容

本發明針對上述現有技術中存在的缺陷，提供了一種鋼/鋁異種金屬零件激光沉積增材制造方法，技術方案如下：

一種鋼/鋁異種金屬零件激光沉積增材制造方法，本方法通過鋼/鋁異種金屬漸進地一步連續成形或在鋼成型件基體上增材制造鋁合金工藝，實現復雜結構的鋼/鋁異種金屬零件的一體化增材制造；具體步驟如下：

a.根據沉積的目標鋼選擇合適的基體，激光通過激光器的激光沉積增材制造頭進行聚焦和調整，使其熔化送料裝置輸送的激光沉積送料，在基體上沉積鋼部分；

b.已激光沉積成形的鋼不發生熔化，激光沉積液態鋁合金潤濕固態的鋼與鋼相互擴散實現連接，形成擴散連接界面層；

c.繼續進行鋁部分的激光沉積增材制造至完成整個鋼/鋁異種金屬零件。

在所述步驟b中可以根據不同類型的鋼和鋁合金選擇添加過渡層或者無過渡層；

當所制造的鋼和鋁合金具有較好的潤濕性時選擇無過渡層；

當所制造的鋼和鋁合金具有較差的潤濕性時選擇添加過渡層。

當鋼和鋁合金之間選擇無過渡層，激光沉積鋁合金時，已激光沉積成形的鋼不發生熔化，激光沉積的液態鋁合金潤濕固態的鋼并與鋼相互擴散實現連接；