[發明專利]一種異質網格結構層狀復合材料及其雙絲電弧增材制造方法

有效

• 申請號: 202011080288.X
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112276294B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 王穎;張萌;楊振文;付樂琪;徐爽;王東坡
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/133;B23K9/235
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發明公開了一種異質網格結構層狀復合材料及其雙絲電弧增材制造方法，該異質網格結構層狀復合材料，由若干沉積層堆疊形成；所述沉積層包括若干數量相同形狀、相等體積、沿橫向和縱向均交替排列的硬質材料子單元和軟質材料子單元；相鄰所述沉積層之間的各硬質材料子單元和軟質材料子單元均為交替排列；本發明利用增材制造技術層狀堆積的特點，在單層沉積過程中，通過計算機程序編譯送絲方式，使焊絲呈間歇性過渡，從而在單沉積層中實現異質材料的交替制備，在整體試樣表現為異質網格層狀復合材料。

技術領域

本發明屬于復合材料領域，具體來說涉及一種異質網格結構層狀復合材料及其雙絲電弧增材制造方法。

背景技術

金屬基層狀復合材料是利用復合技術將兩種或多種物理、化學與機械性能不同的金屬之間實現牢固冶金結合而得到的新型材料，金屬基層狀復合材料綜合了各組員的優點，其協同增強的特殊效應使其具有單一組員無法比擬的優異綜合性能。典型的金屬基層狀復合材料包括金屬-金屬類、金屬-金屬間化合物類和金屬-陶瓷類，其主要的制備方法包括(1)沉積技術，如氣相沉積、激光沉積、磁控濺射和電鍍等；(2)復合技術，如軋制、擠壓、釬焊、攪拌摩擦焊、擴散連接等。利用這些制備技術已經問世的金屬基層狀復合材料有Al-Cu疊軋板、Al包Cu、Mo-Cu、Mg-Al、Al-Ti-Al、Ni-Ni₃Al、Ti-Ti₃Al、Al-Al₂O₃等材料。此外，近年來快速發展的以激光粉末床和電子束粉末床為代表的增材制造技術，利用控制粉末的成分也易于實現沿沉積方向有梯度成分及梯度性能變化的新型層狀復合材料。

層狀復合材料利用能量耗散機制，其結構設計通過增加裂紋偏轉降低高強低韌組員因韌性差而發生突發性斷裂的致命弱點，減小材料的原始裂紋缺陷對力學性能的影響，減弱缺陷敏感性。然而，受限于上述制備方法，這些金屬基層狀復合材料僅具有單一維度的復合結構，對于多組元的協同增強效應提升有限。制備三維的異質網格層狀復合材料則能最大程度利用能量耗散原理提升復合材料的綜合性能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種異質網格結構層狀復合材料及其雙絲電弧增材制造方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種異質網格結構層狀復合材料，由若干沉積層堆疊形成；

所述沉積層包括若干數量相同形狀(近似長方體)、相等體積、沿橫向和縱向均交替排列的硬質材料子單元和軟質材料子單元；

相鄰所述沉積層之間的各硬質材料子單元和軟質材料子單元均為交替排列；

即任意位置處的硬質材料子單元其前后左右上下(若存在)均為軟質材料子單元，任意位置處的軟質材料子單元其前后左右上下(若存在)均為硬質材料子單元；

所述的硬質材料子單元和所述軟質材料子單元之間形成有過渡冶金界面，過渡冶金界面為硬質材料與軟質材料焊接過程中形成的混合態金屬結構。

在上述技術方案中，所述硬質材料子單元的材料為Ni₃Al、NiAl、Fe₃Al、TiAl、Al₃Ti金屬間化合物材料中的至少一種。

在上述技術方案中，所述軟質材料子單元為純鎳及鎳基合金、純鈦及鈦合金、純鐵及鐵合金中的至少一種。

在上述技術方案中，所述硬質材料子單元和軟質材料子單元，在簡化為長方體的條件下，尺寸為：長8-10mm，寬8-10mm，厚2-3mm。

在上述技術方案中，所述過渡冶金界面層的厚度為300-500μm。

一種異質網格結構層狀復合材料的雙絲電弧增材制造方法，包括如下步驟：