[發明專利]一種原位增強五模材料機械性能的激光增材制造成形方法

有效

• 申請號: 201910034811.6
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109648081B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 宋波;張磊;劉瑞杰;史玉升
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y70/00;B22F1/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;曹葆青

本發明屬于先進制造相關技術領域，其公開了一種原位增強五模材料機械性能的激光增材制造成形方法，該方法包括以下步驟：(1)提供基體粉末材料，并在該基體粉末材料的表面摻雜增強材料以得到預混合材料，進而對該預混合材料進行篩分處理以得到混合材料；(2)對待制造五模材料結構零件的三維模型進行打印方向的設計及分層切片處理，進而依據該三維模型，采用該混合材料進行激光選區熔化加工制造該五模材料結構零件；其中，該基體粉末材料與該增強材料在激光的作用下發生原位反應以生成新化合物，該新化合物以空間均勻分布的形式位于該基體粉末材料的顆粒邊界。本發明的工藝簡單，提高了五模材料結構零件的機械性能，降低了成本。

技術領域

本發明屬于先進制造相關技術領域，更具體地，涉及一種原位增強五模材料機械性能的激光增材制造成形方法。

背景技術

超材料是一類新型的人工合成材料，通常由周期性或者非周期性的人工微結構排列而成，具有天然材料所不具備的奇特物理性質。五模材料(Pentamode Material，PM)是一種新型超材料，其是彈性矩陣僅有一個特征值不為零的材料，是一種退化的彈性介質；只能承受與特征應力成比例的應力狀態，在其余應力狀態下會像流體一樣在剪應力下發生流動，因此五模材料也是一種具有固態性質的復雜流體。利用五模材料與流體力學性能相近的特性，將其制備為潛艇等水下裝備的外殼，當主動聲吶探測過來時，五模材料外殼結構屏蔽探測聲波，能夠很好地起到“隱身斗篷”的作用。除“隱身斗篷”外，五模材料還可用于聲學黑洞、聲學超透鏡、高指向性高增益水聲換能器、寬頻高透聲系數導流罩等一系列新型聲學設備的制備。開展五模材料的結構設計與制備技術研究，對于開發高性能水聲器件、提高我國裝備的作戰性能具有重要的意義。

然而，由于五模材料是由成百上千的周期性或者非周期性的微結構組成，具有結構復雜的特點，采用常規的(鑄造、鍛造、機加工)方法較難進行復雜結構成形，倘若分塊加工容易降低整體零件的力學性能，而且會浪費大量的貴重金屬，制造成本高。另外，隨著國家和海洋工業對高性能潛艇等水下裝備的迫切需求，目前已有的水聲裝置遠不能滿足遠海戰略的需求。相應地，本領域存在著發展一種機械性能較好的原位增強五模材料機械性能的激光增材制造成形方法的技術需求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種原位增強五模材料機械性能的激光增材制造成形方法，其基于現有五模材料的制備特點，研究及設計了一種機械性能較好的激光增材制造成形方法。所述成形方法通過激光熱作用金屬復合材料以發生原位反應而生成增強相以連續均勻分布的形式來增強五模材料的機械性能。

為實現上述目的，本發明提供了一種原位增強五模材料機械性能的激光增材制造成形方法，所述成形方法包括以下步驟：

(1)提供基體粉末材料，并在所述基體粉末材料的表面摻雜增強材料以得到預混合材料，進而對所述預混合材料進行篩分處理以得到混合材料；

(2)對待制造五模材料結構零件的三維模型進行打印方向的設計及分層切片處理，進而依據所述三維模型，采用所述混合材料進行激光選區熔化加工制造所述五模材料結構零件；其中，所述基體粉末材料與所述增強材料在激光的作用下發生原位反應以生成新化合物，所述新化合物以空間均勻分布的形式位于所述基體粉末材料的顆粒邊界。

進一步地，步驟(2)后還包括采用噴丸處理或者電化學腐蝕的方法去除所述五模材料結構零件上的粘附粉末的步驟。

進一步地，經篩分處理得到的混合材料的粉末粒徑為20μm～50μm。

進一步地，步驟(2)中，將所述混合材料放置于激光選區熔化設備中，并對所述激光選區熔化設備的成形基板進行預熱處理，同時完成所述設備的加工箱的抽真空后才進行激光選區熔化加工制造。

進一步地，預熱處理采用的預熱溫度為0℃～200℃。

進一步地，所述預熱溫度為200℃。