[發明專利]基于3D打印技術制備金屬基復合材料坯料的方法

在審

• 申請號: 201910526195.6
• 申請日: 2019-06-18
• 公開（公告）號: CN110079693A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 田學鋒;楊小波;黃曉徐
• 申請（專利權）人: 無錫職業技術學院
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C1/10;C22C21/00;C22C32/00;B22F3/105;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

本發明公開了一種基于3D打印技術制備金屬基復合材料坯料的方法，本發明可以實現陶瓷骨架增強金屬基復合材料的制備，通過增強體材料的按需設置，即在強度要求較高的區域，添加增強相并進行固化燒結處理，提高強度；在韌性要求較高的區域形成不加增強相固化燒結處理，以此保證材料具有較好的韌性，通過增強體材料的按一定路徑進行分布，在材料內部形成陶瓷骨架，避免傳統方式制備陶瓷骨架復合材料過程中金屬浸潤不足的現象。

技術領域

本發明屬于增材制造領域，具體涉及基于3D打印技術制備金屬基復合材料坯料的方法。

背景技術

復合材料的組成包括基體和增強材料兩個部分。非金屬基體主要有合成樹脂、碳、石墨、橡膠、陶瓷；金屬基體主要有鋁、鎂、銅和它們的合金；增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維等有機纖維和碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲及硬質細粒等。復合材料根據其組成可分為金屬與金屬復合材料；金屬與非金屬復合材料；非金屬與非金屬復合材料三種。根據結構特點又可分為纖維復合材料、層疊復合材料、細粒復合材料和骨架復合材料。

層疊復合材料，又稱層合復合材料，由于具有良好的熱穩定性、高的比剛度、高的比強度等優點，廣泛應用于航空航天、軍事、汽車等領域。層疊復合材料分為雙層金屬復合材料和夾層復合材料以及多層復合材料；雙層金屬復合材料是將特性不同的兩種金屬，用膠合或者融合鑄造，熱壓、焊接、噴涂等方法復合在一起；夾層復合材料是性質完全不同的表面材料與芯材復合而成的一種材料；多層復合材料是將幾種不同的材料疊層粘粘在一起。疊層材料根據不同的材料制備方式不同，造成工序繁雜，可控性差；并且需要對疊層材料按照所需的性能進行設計，工序難度成倍增加；比如中間層的形狀變化，以實現材料的性能增強等等；以及疊層材料的按需設計，目前還很能實現。

傳統的骨架復合材料利用粘結劑將增強體材料材料粘結起來進行燒結，形成多孔材料或空間骨架結構，再進行金屬材料的浸潤，形成以增強體材料為骨架的復合材料，如碳化硅骨架增強型復合材料等，能夠提升材料的強度和韌性，但是陶瓷骨架在金屬液浸潤的過程中容易出現浸潤不足的現象，因此工藝復雜，可操作性差，以及造成成品率低。為了解決上述問題，本領域研究人員一直探索一種工藝簡單，操作性強，成品率高的骨架復合材料，以期能夠解決復合材料內部陶瓷骨架的定制化操作，實現高性能陶瓷骨架復合材料的制備。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明申請人提供了一種基于3D打印技術制備金屬基復合材料坯料的方法。本發明能夠實現增強體材料的按需分布，實現復合材料內部增強相層的定制化操作，制備性能良好的金屬基復合材料。

本發明的技術方案如下：

基于3D打印技術制備金屬基復合材料坯料的方法，所述方法包括如下步驟：

(1)選擇基體材料：選取一定規格的金屬粉末材料；

(2)選擇增強材料：選取一定規格的增強體材料；

(3)利用物理或者化學方法將工作平臺粗糙化處理；

(4)在粗糙化處理的工作平臺上預鋪一層如步驟(1)所述的金屬粉末材料；第一層金屬粉末在平臺上附著時，不容易附著，將平臺粗糙化處理，有助于底層第一層金屬附著。

(5)利用輻射的方式將步驟(4)的材料加熱處理，工作平臺下移；輻射的方式可以為輻射加熱或者激光射線掃描，對于熔點較低的金屬，可以利用輻射的方式加熱，對于增強體材料用激光掃描的方式；可以用兩種方式：一種輻射加熱金屬材料，激光掃描增強體材料；一種是金屬材料和增強體材料都用激光掃描，兩者用不同頻率的激光，優選后者；工作平臺下移便于對第二層材料的附著，在激光燒結的情況下時，容易聚焦，避免因為平臺層面的增加，激光聚焦發生變化，而使得加工過程控制復雜。

(6)重復步驟(4)和步驟(5)，使工作臺上形成一定厚度的底層固結金屬層；