[發(fā)明專利]一種激光近凈成形增材制造均質(zhì)復(fù)合材料的方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010835287.5 | 申請日： | 2020-08-19 |
| 公開（公告）號： | CN111906309A | 公開（公告）日： | 2020-11-10 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 張曉偉;劉國政;劉洪喜;蔣業(yè)華 | 申請（專利權(quán)）人： | 昆明理工大學(xué) |
| 主分類號： | B22F3/105 | 分類號： | B22F3/105;B33Y10/00;B33Y70/10 |
| 代理公司： | 天津煜博知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12246 | 代理人： | 朱維 |
| 地址： | 650093 云*** | 國省代碼： | 云南;53 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 激光 成形 制造 復(fù)合材料 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種激光近凈成形增材制造均質(zhì)復(fù)合材料的方法，屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明建立均質(zhì)復(fù)合材料三維數(shù)據(jù)模型，對三維數(shù)據(jù)模型進行切片分層，并規(guī)劃激光掃描路徑；將鈦材粉、氮化物陶瓷粉末進行球磨混勻得到混合粉，將混合粉置于激光近凈成形設(shè)備的送粉器中，通過分粉器并經(jīng)環(huán)形激光同軸送粉噴頭送出；或者將鈦材粉、氮化物陶瓷粉末分別置于激光近凈成形設(shè)備的兩個送粉器中，兩個送粉器同步輸送鈦材粉、氮化物陶瓷粉末至混粉器內(nèi)混合均勻得到混合粉，混合粉經(jīng)環(huán)形激光同軸送粉噴頭送出；同時激光近凈成形設(shè)備根據(jù)激光掃描路徑進行掃描混合粉，混合粉經(jīng)快速熔化和快速凝固過程形成均質(zhì)復(fù)合材料。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種激光近凈成形增材制造均質(zhì)復(fù)合材料的方法，屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
傳統(tǒng)制備與成形復(fù)合材料的熔鑄法、粉末冶金等方法，要么存在因宏觀偏析和微觀偏析導(dǎo)致的復(fù)合材料中增強相分布不均勻，要么存在因需開模而導(dǎo)致的成形周期長等問題，很大程度上限制了復(fù)合材料的生產(chǎn)應(yīng)用。
金屬增材制造技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展，為成形復(fù)合材料提供了新的途徑。然而，現(xiàn)有增材制造復(fù)合材料技術(shù)均以選區(qū)激光熔化為主，這種方法存在零件尺寸增大引起原材料單次用量指數(shù)級增大的體積效應(yīng)問題，大大增加了粉末成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中均質(zhì)復(fù)合材料制備的問題，提供一種激光近凈成形增材制造均質(zhì)復(fù)合材料的方法，本發(fā)明采用激光近凈成形增材制造技術(shù)制備與成形復(fù)合材料，即微小激光熔池在三維空間的無限堆積，混合粉末在激光束作用下發(fā)生原位化學(xué)反應(yīng)從而生成復(fù)合材料中所需的增強相，由于微小激光熔池快速熔化和快速凝固過程，基本不會出現(xiàn)明顯的宏觀偏析和微觀偏析現(xiàn)象，有利于均質(zhì)復(fù)合材料的制備與成形。
一種激光近凈成形增材制造均質(zhì)復(fù)合材料的方法，具體步驟如下：
(1)建立均質(zhì)復(fù)合材料三維數(shù)據(jù)模型，對三維數(shù)據(jù)模型進行切片分層，并規(guī)劃激光掃描路徑；
(2)將鈦材粉、氮化物陶瓷粉末進行球磨混勻得到混合粉，將混合粉置于激光近凈成形設(shè)備的送粉器中，混合粉通過分粉器并經(jīng)環(huán)形激光同軸送粉噴頭送出，同時激光近凈成形設(shè)備根據(jù)激光掃描路徑進行掃描混合粉，混合粉經(jīng)快速熔化和快速凝固過程形成均質(zhì)復(fù)合材料；或?qū)⑩伈姆邸⒌锾沾煞勰┓謩e置于激光近凈成形設(shè)備的兩個送粉器中，兩個送粉器同步輸送鈦材粉、氮化物陶瓷粉末至混粉器內(nèi)混合均勻得到混合粉，混合粉通過分粉器并經(jīng)環(huán)形激光同軸送粉噴頭送出，同時激光近凈成形設(shè)備根據(jù)激光掃描路徑進行掃描混合粉，混合粉經(jīng)快速熔化和快速凝固過程形成均質(zhì)復(fù)合材料；
所述步驟(2)鈦材粉粒徑為50-200μm，陶瓷粉末粒徑為20～100μm；
所述步驟(2)鈦材粉為Ti或Ti6Al4V，陶瓷粉末為AlN粉、BN粉或Si3N4粉；
優(yōu)選的，所述鈦材粉的純度≥99.9％，陶瓷粉末的純度≥99.9％；
進一步的，所述鈦材粉與AlN粉的摩爾比值不小于2，鈦材粉與BN粉的摩爾比值不小于4，鈦材粉與Si3N4粉的摩爾比值不小于9；
所述步驟(2)激光波長為10.6μm，激光功率為2.0～10.0kW，激光掃描速度為200～1500mm/min，光斑尺寸為0.5-6mm；搭接率5-30％，保護氣氛為氮氣、氬氣和氦氣中的一種或兩種；
進一步的，所述保護氣氛的流量為16～20L/h；
所述步驟(2)送粉器為載氣式送粉器。
本發(fā)明涉及到的反應(yīng)式包括
2Ti+BN→TiB+TiN
4Ti+AlN→Ti3Al+TiN
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