[發明專利]一種金屬基原位自生顆粒增強構件的增材制造方法

有效

• 申請號: 201611149999.1
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106735223B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 李正陽;彭爽;蔣華臻
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115;B33Y10/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明公開了一種金屬基原位自生顆粒增強構件的增材制造方法，包括在底部帶有噴嘴的坩堝中熔化金屬，加入兩種以上兩種單質顆粒，通過顆粒之間的化學反應，生成不溶于金屬的原位自生顆粒，形成原位自生顆粒，設置一個可作三維運動的水平基板，設置水平基板控制程序，施加一定壓力使含有原位自生顆粒的金屬熔體從噴嘴中流出，熔體逐層凝固，堆積成形等步驟。本發明通過在金屬熔體中添加的單質顆粒之間以及單質顆粒與金屬熔體之間的化學反應得到原位自生顆粒，再通過原位自生顆粒的尺寸和體積來控制金屬熔體的粘度，達到控制流動與成形的目的，解決了過去層間結合不好、不利于成形等問題，提出了一種金屬基原位自生顆粒增強構件的制備新方法。

技術領域

本發明屬于金屬增材制造技術領域，特別涉及一種金屬基原位自生顆粒增強構件的增材制造方法。

背景技術

發明專利《金屬構件移動微壓鑄成型方法》(申請號：CN201310139419)公開了一種無模成形方法，其特征在于：將精煉的金屬熔體從坩堝底部出口(噴嘴)連續擠出，噴嘴下方約幾百微米是一個可作x-y-z三維運動的水平基板，熔體在噴嘴與基板構成的狹小空間內邊凝固邊隨基板剪切運動，在三維成形制造軟件支持下，熔體逐層凝固堆積成形，無需模具。該方法的關鍵在于：在噴嘴與基板(或已凝固的前一堆積層)之間是一個狹小的半開放、半封閉空間，其中熔體的溫度必須嚴格控制在固液兩相區，使一部分熔體發生凝固，其余的熔體則被基板的運動和來自坩堝內部的壓力裹挾著向前運動，使剛剛凝固的枝晶被這種運動打碎，晶粒得到細化，從而使構件的性能得到改善。該方法存在的主要問題是：對于許多常用合金來說，±1℃的差別足以使熔體的固相分數發生變化，以致粘度發生變化，溫度低，粘度高，有利于成形，但不利于層間結合；溫度高，粘度低，有利于層間結合，但不利于成形。因此，需要采取一定的方法，使粘度的變化不依賴于溫度，將成形與層間(界面)結合的控制條件分開，為實現金屬熔體直接成形(增材制造)創造便利條件。

發明內容

本發明的目的是：提供一種金屬基原位自生顆粒增強構件的增材制造方法，通過在金屬熔體中添加不少于兩種單質顆粒，在熔體所處的溫度范圍內，這些顆粒之間發生化學反應，或者單質顆粒與金屬熔體中的元素發生化學反應，生成不溶于金屬的化合物，形成原位自生顆粒，使金屬熔體的粘度由原位自生顆粒的尺寸和體積來控制，實現金屬基原位自生顆粒增強構件的增材制造。

本發明的技術方案是：一種金屬基原位自生顆粒增強構件的增材制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

A.在底部帶有噴嘴的坩堝中熔化金屬，且溫度保持在液相線以上，在金屬熔體中添加不少于兩種單質顆粒，在熔體所處的溫度范圍內，這些顆粒之間發生化學反應，生成不溶于金屬的原位自生顆粒；通過攪拌使原位自生顆粒均勻分布在金屬熔體中，其粘度由原位自生顆粒的粒徑、顆粒的摩爾質量與金屬熔體的摩爾質量的比例關系來控制；

B.在噴嘴下方設置一個可作三維運動的水平基板及其控制設備，噴嘴距離水平基板的距離為噴嘴內徑的1～8倍；

C.在水平基板控制設備中設置預定的程序，用于控制水平基板三維運動的方向和速度；

D.施加一定的壓力使含有原位自生顆粒的金屬熔體從噴嘴中流出，同時控制設備使水平基板以預定的方向和速度運動；

E.含有原位自生顆粒的金屬熔體在噴嘴與水平基板之間邊凝固邊隨基板運動，金屬熔體逐層凝固，堆積成形，得到金屬基原位自生顆粒增強構件。

更進一步地，所述步驟A中加入的單質顆粒也能與金屬熔體中的元素發生化學反應，生成不溶于金屬熔體的原位自生顆粒。

更進一步地，所述步驟A中的金屬熔體為合金熔體。

更進一步地，所述步驟A中坩堝加熱的方式為電阻加熱或感應加熱。

更進一步地，所述步驟A中使原位自生顆粒均勻分布在金屬熔體中的方法為機械攪拌或電磁攪拌。