[發明專利]基于攪拌摩擦改善金屬材料增材制造組織性能的方法

有效

• 申請號: 201811587764.X
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109570934B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 夏衛生;夏盼盼;龔福建;黃增濤;張進葉
• 申請（專利權）人: 華中科技大學鄂州工業技術研究院;華中科技大學
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00;B23K20/12;B33Y10/00
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 徐松

本發明公開一種基于攪拌摩擦改善金屬材料增材制造組織性能的方法，屬于金屬增材制造技術領域，包括通過高能束對第一噴嘴中的金屬粉末進行融化；將融化后的金屬粉末堆積在基體上，以形成第一目標層；在形成第一目標層后，將第二噴嘴中的增強粉末堆積在第一目標層上，以形成第二目標層；在形成第二目標層后，將融化后的金屬粉末堆積在第二目標層上，以形成第三目標層；將增強粉末堆積在第三目標層上，以形成第四目標層；通過攪拌摩擦刀具對堆積層進行攪拌摩擦，堆積層包括第一目標層、第二目標層、第三目標層和第四目標層；通過銑削刀具對攪拌摩擦后的堆積層進行精整，完成金屬材料增材制造。本發明達到提高零件的強度、韌性和疲勞強度的技術效果。

技術領域

本發明屬于金屬增材制造技術領域，特別涉及一種基于攪拌摩擦改善金屬材料增材制造組織性能的方法。

背景技術

金屬材料增材制造集成了材料、計算機技術、粉末冶金等多種技術。金屬材料增材制造根據產品三維設計CAD模型，利用離散化方法逐層堆積成型的原理，以金屬粉末或絲材為原料，以激光等高能束為刀具，在數控軟件的控制下將材料熔化逐層堆積，來完成金屬零件的制造。金屬材料增材制造能夠實現復雜零件的制造，而且還可實現不同材料的任意復合，并可實現TC4等傳統難加工的材料的成型，材料利用率高。

對于現有的基于攪拌摩擦改善金屬材料增材制造組織性能的技術而言，可以使用超聲沖擊來對金屬材料表面進行處理，超聲沖擊通過大功率超聲波推動沖擊工具高頻沖擊金屬表面，使表面產生一定厚度塑性變形層，可有效消除金屬表面應力和缺陷、細化晶粒。但金屬材料增材制造零件內部存在氣孔、裂紋、內應力大等冶金缺陷，降低了金屬材料增材制造的使用性能。

綜上所述，在現有的基于攪拌摩擦改善金屬材料增材制造組織性能的技術中，金屬材料增材制造中會存在氣孔、裂紋、內應力大的缺陷，使得難以提高零件的強度、韌性和疲勞強度的技術問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是在現有的基于攪拌摩擦改善金屬材料增材制造組織性能的技術中，金屬材料增材制造中會存在氣孔、裂紋、內應力大的缺陷，使得難以提高零件的強度、韌性和疲勞強度的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于攪拌摩擦改善金屬材料增材制造組織性能的方法，所述方法應用于所述改善金屬材料增材制造組織性能的裝置，所述裝置包括基體、第一噴嘴、第二噴嘴、高能束、攪拌摩擦刀具、銑削刀具，所述基于攪拌摩擦改善金屬材料增材制造組織性能的方法包括：通過所述高能束對所述第一噴嘴中的金屬粉末進行融化；將所述融化后的金屬粉末堆積在所述基體上，以形成第一目標層；在形成所述第一目標層后，將所述第二噴嘴中的增強粉末堆積在所述第一目標層上，以形成第二目標層；在形成所述第二目標層后，將所述融化后的金屬粉末堆積在所述第二目標層上，以形成第三目標層；在形成所述第三目標層后，將所述增強粉末堆積在所述第三目標層上，以形成第四目標層；通過所述攪拌摩擦刀具對堆積層進行攪拌摩擦，所述堆積層至少包括所述第一目標層、所述第二目標層、所述第三目標層和所述第四目標層；通過所述銑削刀具對所述攪拌摩擦后的所述堆積層進行精整，以完成金屬材料的增材制造。

進一步地，所述將所述融化后的金屬粉末堆積在所述基體上，以形成第一目標層包括：將所述融化后的金屬粉末堆積在所述基體上，以形成第一金屬層；在形成所述第一金屬層后，將所述融化后的金屬粉末堆積在所述第一金屬層上，以形成第二金屬層；在形成所述第二金屬層后，將所述融化后的金屬粉末堆積在所述第二金屬層上，以形成第三金屬層；其中，所述第一目標層包括第一金屬層、第二金屬層和第三金屬層。

進一步地，所述在形成所述第一目標層后，將所述第二噴嘴中的增強粉末堆積在所述第一目標層上，以形成第二目標層包括：在形成所述第三金屬層后，將所述增強粉末堆積在所述第三金屬層上，以形成第二目標層；所述增強粉末包括納米粒子增強相。