[發(fā)明專利]一種基于氣氛SLM原位合成數(shù)字化材料的裝置與方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011369751.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN112296358A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊永強(qiáng);肖云綿;劉林青;陳杰;宋長(zhǎng)輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F10/28
• 分類號(hào): B22F10/28;B22F10/32;B22F12/70;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡克永

本發(fā)明公開了一種基于氣氛SLM原位合成數(shù)字化材料的裝置與方法；該裝置包括密封成型室、控制激光束的掃描振鏡、活性氣體流量計(jì)、活性氣體濃度測(cè)量?jī)x、氧含量測(cè)量?jī)x、成型基板、參與原位合成反應(yīng)的活性氣體進(jìn)氣口與出氣口以及其上的控制氣閥、惰性保護(hù)氣體?氬氣的進(jìn)氣口與出氣口以及其上的控制氣閥。本發(fā)明將激光選區(qū)熔化成型過程與激光選區(qū)熔化原位合成過程相互交替進(jìn)行，通過在激光選區(qū)熔化原位合成過程中向成型室通入活性氣體，使成型零件內(nèi)部的特定位置發(fā)生激光原位合成反應(yīng)，從而使生成的金屬/陶瓷增強(qiáng)顆粒在零件內(nèi)部按預(yù)定形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分布，最終獲得零件內(nèi)部具有特定形狀強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的數(shù)字化材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光選區(qū)熔化成型技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于氣氛SLM原位合成數(shù)字化材料的裝置與方法。

背景技術(shù)

激光原位合成技術(shù)是一種單質(zhì)與單質(zhì)之間、單質(zhì)與化合物之間或者化合物與化合物之間在高能激光加熱作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)直接生成理想增強(qiáng)相顆粒的新材料制造技術(shù)。該技術(shù)合成的新材料具有組織細(xì)小致密的特征，且增強(qiáng)相與基體之間的界面干凈無(wú)雜質(zhì)析出，并直接以原子之間結(jié)合的方式連接在一起，合成材料的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性得到顯著提高。

目前激光原位合成技術(shù)常見形式為激光選區(qū)熔化原位合成新材料，該過程通常在基體內(nèi)均勻混合反應(yīng)物顆粒，然后依據(jù)三維模型的零件信息，在激光選區(qū)熔化成型設(shè)備中進(jìn)行逐層疊加成型，反應(yīng)物在激光的高能量加熱下反應(yīng)產(chǎn)生陶瓷或金屬間化合物增強(qiáng)相，增強(qiáng)相與基體材料緊密結(jié)合、并均勻彌散分布，形成性能優(yōu)良的新材料產(chǎn)品。

但激光選區(qū)熔化原位合成新材料的方法僅能通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物比例等條件來(lái)調(diào)控新材料的性能，常用于成型增強(qiáng)相均勻分布、整體性能相同的零件，不能在成型過程中實(shí)時(shí)調(diào)控生成增強(qiáng)相的比例、位置分布等，這對(duì)于成型按預(yù)定比例、分布生成增強(qiáng)相的新型數(shù)字化材料比較困難。

有研究提出，氮?dú)饣虮榈然钚詺怏w在高能激光的作用下能與單質(zhì)金屬粉末或合金粉末發(fā)生多物相間化學(xué)反應(yīng)，從而合成金屬/陶瓷增強(qiáng)顆粒。因此，在活性氣體(氮?dú)狻⒈榈?氣氛下，特定單質(zhì)金屬粉末或合金粉末采用激光選區(qū)熔化技術(shù)可以在零件內(nèi)部選擇性地合成金屬/陶瓷增強(qiáng)相，并能便捷調(diào)控在成型過程生成金屬陶瓷增強(qiáng)顆粒的數(shù)量、比例等，實(shí)現(xiàn)一種制造數(shù)字化材料的新途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于氣氛SLM原位合成數(shù)字化材料的裝置與方法。解決激光選區(qū)熔化原位合成新材料過程中無(wú)法實(shí)時(shí)對(duì)生成金屬/陶瓷增強(qiáng)顆粒的比例、位置分布等局限性的問題，通過成型過程中實(shí)時(shí)調(diào)控活性氣體氣氛及激光選擇性產(chǎn)生原位合成反應(yīng)，能便捷調(diào)控合成金屬/陶瓷增強(qiáng)顆粒的數(shù)量、比例等，且能使金屬/陶瓷強(qiáng)化顆粒選擇性地在零件內(nèi)部按照預(yù)定形狀分布，實(shí)現(xiàn)一種制造數(shù)字化材料的新途徑。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于氣氛SLM原位合成數(shù)字化材料的方法，包括以下步驟：

步驟一：根據(jù)零件的屬性要求，分別對(duì)不包含增強(qiáng)相的激光選區(qū)熔化成型部分模型和包含增強(qiáng)相的激光選區(qū)熔化原位合成部分模型進(jìn)行切片處理，從而分別獲得兩組數(shù)據(jù)，即激光選區(qū)熔化成型數(shù)據(jù)12和激光選區(qū)熔化原位合成數(shù)據(jù)；

將該兩組數(shù)據(jù)共同組合成為一個(gè)完整的數(shù)字化材料零件11，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光選區(qū)熔化成型設(shè)備系統(tǒng)；數(shù)字化材料零件11的成型過程包括激光選區(qū)熔化成型過程和激光選區(qū)熔化原位合成過程；

激光選區(qū)熔化成型過程中，使用惰性氣體(氬氣)為保護(hù)氣體，不包含增強(qiáng)相的激光選區(qū)熔化成型部分為激光選區(qū)熔化成型數(shù)據(jù)12；激光選區(qū)熔化原位合成過程中，使用活性氣體為成型室內(nèi)原位合成的反應(yīng)氣氛，惰性氣體(氬氣)為輔助氣氛，包含增強(qiáng)相的激光選區(qū)熔化原位合成部分為激光選區(qū)原位合成數(shù)據(jù)；