[發(fā)明專利]一種金屬基材功能件及其增材加工制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810086175.7
• 申請(qǐng)日: 2018-01-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108296602B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊秀芝;張李超;李軒;楊春杰;陳微;王向杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖北理工學(xué)院
• 主分類號(hào): B32B33/00
• 分類號(hào): B32B33/00;B23K9/04;C22C21/00;C22C32/00;C22C29/12
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 鄧佳

本發(fā)明的一種金屬基材功能件及其增材加工制備方法，通過(guò)設(shè)置鋁合金層、鋁鐵合金層和鋁陶瓷層，且鋁鐵合金層包括多個(gè)鋁鐵合金子層，且每個(gè)鋁鐵合金子層由鋁合金層向鋁陶瓷層的方向上，其每一層鐵的含量逐層增加，使得鋁合金端連續(xù)過(guò)度到鋁鐵合金層最后到鋁陶瓷層，使得最終形成的金屬基材功能件，既具備了鋁合金的優(yōu)良性能，如耐腐蝕、耐磨、導(dǎo)熱性好及重量輕的特點(diǎn)外，也兼具陶瓷的良好的耐熱、耐高溫、高機(jī)械強(qiáng)度和高溫抗氧化等性能，同時(shí)中間層由價(jià)格便宜的強(qiáng)韌性較高的鋁鐵合金組成，有效降低了其整體成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料及其加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種金屬基材功能件及其增材加工制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的復(fù)合材料由兩種或多種不同性能的均勻材料結(jié)合起來(lái)，在工程中已有了廣泛應(yīng)用，但在界面結(jié)合處由于材料的物性參數(shù)的突變，在材料界面處容易產(chǎn)生很大應(yīng)力，使材料在界面處變形開(kāi)裂失效。例如，航天飛機(jī)在先進(jìn)隔熱材料方面，傳統(tǒng)使用的金屬和陶瓷的復(fù)合材料彌散強(qiáng)化陶瓷，由于兩者熱膨脹系數(shù)相差很大，界面處因熱應(yīng)力極易開(kāi)裂剝離，不能適應(yīng)航空航天等極端的溫度變化環(huán)境對(duì)材料物理性能一致性的要求。

功能梯度材料由于通過(guò)逐漸地改變材料的體積含量，力學(xué)性能和熱學(xué)參數(shù)隨材料在結(jié)構(gòu)中進(jìn)行平滑而連續(xù)的變化，物理性能沒(méi)有突變。這種將功能梯度材料作為界面層，可以提高材料間的粘結(jié)強(qiáng)度，不易引起脫層破壞、延緩發(fā)生塑性屈服。針對(duì)性地改變各組分材料的體積含量在空間上的分布規(guī)律，調(diào)整材料的性能梯度參數(shù)，優(yōu)化并設(shè)計(jì)新型結(jié)構(gòu)，以滿足極端環(huán)境對(duì)材料功能的多樣性和性能的穩(wěn)定性，因此功能材料的開(kāi)發(fā)具有寬闊的應(yīng)用前景和意義。

目前，功能材料的制備方法有等離子噴涂、自蔓延高溫合成法、氣相沉積法、粉末冶金法、激光溶覆法、離心鑄造法、壓滲法等制備方法。但這些制備梯度材料方法都不同程度的存在這樣或那樣的不足，如孔隙率較高，層間的結(jié)合力較差，強(qiáng)度較低，能耗高效率低，梯度材料尺寸較小以及材料中或多或少地存在有界面，組分不能連續(xù)光滑分布等缺點(diǎn)。

而近年來(lái)，隨著材料和結(jié)構(gòu)輕量化及功能化已成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的共識(shí)和主流趨勢(shì)，以鋁合金為代表的輕金屬材料在先進(jìn)制造領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。

因此，急需發(fā)明一種層間的結(jié)合力較好，強(qiáng)度較高，能耗低效率高，梯度材料尺寸較大以及組分可連續(xù)光滑分布的金屬基材功能件及其加工方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種金屬基材功能件及其增材加工制備方法，以解決上述的技術(shù)問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種金屬基材功能件，包括鋁合金層、鋁鐵合金層和鋁陶瓷層，所述鋁陶瓷層涂覆在所述鋁鐵合金層上，且所述鋁鐵合金層涂覆在所述鋁合金層上；所述鋁鐵合金層包括多個(gè)鋁鐵合金子層，且每個(gè)所述鋁鐵合金子層由所述鋁合金層向所述鋁陶瓷層的方向上，其每一層鐵的含量逐層增加。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述鋁陶瓷層包括多個(gè)鋁陶瓷子層，所述鋁陶瓷層包括鋁和氧化鋁，且沿著背離所述鋁鐵合金層方向上的，每個(gè)所述鋁陶瓷子層的鋁的含量逐層降低，每個(gè)所述鋁陶瓷子層的氧化鋁的的含量逐層增加。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述鋁陶瓷子層包括第一鋁陶瓷層、第二鋁陶瓷層和第三鋁陶瓷層，以質(zhì)量百分比計(jì)：所述第一鋁陶瓷層的成分包括75％的鋁和25％的氧化鋁，所述第二鋁陶瓷層的成分包括50％的鋁和50％的氧化鋁，所述第三鋁陶瓷層的成分包括25％的鋁和75％的氧化鋁。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述鋁鐵合金子層包括第一鋁鐵層、第二鋁鐵層和第三鋁鐵層，以質(zhì)量百分比計(jì)：所述第一鋁鐵層的成分包括75％的Al和25％的Fe；所述第二鋁鐵層包括50％的Al和50％的Fe，所述第三鋁鐵層25％的Al和75％的Fe。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述鋁合金層至少為一層，且每一層的所述鋁合金層的厚度為0.1-1mm。

在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述鋁鐵合金子層和所述鋁陶瓷子層分別由多個(gè)子層所構(gòu)成。