[發(fā)明專利]一種電子束熔絲制備功能梯度材料的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611184595.6
• 申請(qǐng)日: 2016-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN108372296A
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊帆;楊光;楊洋;董偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空制造技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B33Y10/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種電子束熔絲制備功能梯度材料的方法。該方法基于電子束熔絲裝置實(shí)現(xiàn)，根據(jù)所需梯度材料的要求，設(shè)計(jì)兩種絲材的送進(jìn)速度配比；將需要制備的零件模型導(dǎo)入切片程序中，生成加工路徑文件；綜合絲材送進(jìn)速度與加工路徑文件，形成加工程序；電子束熔絲設(shè)備以增材生長(zhǎng)方式逐層形成零件，在成形過程中，通過加工程序設(shè)定的不同送絲速度，實(shí)現(xiàn)材料成分的連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)功能梯度材料的制備?？赏ㄟ^分別外部控制絲材的送進(jìn)速度實(shí)現(xiàn)兩種材料的不同配比，避免制備過程中途更換材料體系；成形出的梯度材料致密度高，無(wú)縮松縮孔缺陷，制備的材料內(nèi)部質(zhì)量好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及表面工程領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是一種電子束熔絲制備功能梯度材料的方法。

背景技術(shù)

功能梯度材料是根據(jù)使用要求，選擇使用兩種不同性能的材料，利用先進(jìn)的加工技術(shù)，使中間組成和結(jié)構(gòu)連續(xù)呈現(xiàn)梯度變化，由于內(nèi)部不存在明顯界面，可使材料性質(zhì)和功能沿厚度方向呈梯度變化的一種新型復(fù)合材料。 其特點(diǎn)是材料在某特定方向上的性能變化是逐步連續(xù)漸變，可避免或緩解傳統(tǒng)復(fù)合材料由于物性差異太大而在使用過程中所產(chǎn)生諸如應(yīng)力集中、 開裂及剝落等缺陷。

梯度材料具有很好的可設(shè)計(jì)性，可以通過有針對(duì)性地改變各組分材料體積含量的空間分布，以達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布、滿足不同部位對(duì)材料使用性能的要求。

目前功能梯度材料的制備方法主要有氣相沉積法、粉末冶金法、離心鑄造法、自蔓延高溫燃燒合成法、激光融覆法、等離子噴涂法等。

目前的制備方法使用于不同的領(lǐng)域，但缺少一種專用于金屬材料的快速便捷的功能梯度材料制備方法。

氣相沉積法分為物理沉積和化學(xué)沉積。物理沉積所需溫度低，對(duì)基體影響小，不易實(shí)現(xiàn)梯度成分的控制；化學(xué)沉積可控制分散相濃度的連續(xù)變化，所需溫度高，壓力大。氣相沉積法適用于零件表面鍍層的功能梯度材料制備。

粉末冶金法將原料顆?；蚍勰┌凑赵O(shè)計(jì)好的組分進(jìn)行混合后再按梯度逐層排列，經(jīng)壓實(shí)后燒結(jié)，形成功能梯度材料。通過控制原料的粒度大小和燒結(jié)工藝，粉末冶金法可得到成分或晶粒度呈梯度變化的材料，適合于制備大體積的梯度材料。粉末冶金法制備過程中涉及工藝參數(shù)較多，制備工藝相對(duì)比較復(fù)雜。

離心鑄造法易于制備大塊組分連續(xù)分布的功能梯度材料，適合批量生產(chǎn)，僅適用于圓筒類鑄件，且梯度材料必須存在密度差。

自蔓延高溫燃燒合成法對(duì)于制備大尺寸、形狀復(fù)雜的梯度材料極具潛力，但僅適用于放熱反應(yīng)材料體系，制備出的材料需經(jīng)加壓致密化處理，自身放熱過程較難控制。

激光熔覆法是將預(yù)先設(shè)計(jì)好組分配比的混合粉末通過噴槍涂敷在基材表面，并在基材表面形成熔池，通過改變粉末的組成配比，并在覆層熔覆時(shí)一同注入，實(shí)現(xiàn)垂直覆層方向上的組分變化。激光熔覆法適應(yīng)性廣，但制備過程中需要多次更換不同配比的粉末。

等離子噴涂法是將原料粉末材料噴入等離子體中或等離子射流中，利用等離子所產(chǎn)生的高溫高速熱源，使粉末顆粒在其中加速、熔化或部分熔化后，在沖擊力的作用下，在基底上鋪展并凝固形成層片，進(jìn)而通過層片疊層形成涂層。等離子噴涂生產(chǎn)效率高、噴涂材料范圍廣，但涂層中較多疏松與孔洞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用電子束熔絲設(shè)備制備金屬功能梯度材料的方法，實(shí)現(xiàn)金屬類功能梯度材料的快速制備。制備出的材料致密度高，內(nèi)部缺陷少，可以實(shí)現(xiàn)成分在梯度方向上連續(xù)變化。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種電子束熔絲制備功能梯度材料的方法，該方法基于電子束熔絲裝置實(shí)現(xiàn)，所述裝置包括第一送絲機(jī)構(gòu)、第二送絲機(jī)構(gòu)、電子槍及控制器；所述方法包括以下步驟：

根據(jù)所需梯度材料的要求，設(shè)計(jì)兩種絲材的送進(jìn)速度配比；

將需要制備的零件模型導(dǎo)入切片程序中，生成加工路徑文件；