[發(fā)明專利]一種顆粒增強金屬基復合材料零件的激光增材制造方法

有效

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• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112643050B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發(fā)明（設計）人: 李護林;楊歡慶;白靜;彭東劍;王云;王丁雯;白瑞興
• 申請（專利權）人: 西安航天發(fā)動機有限公司
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B33Y10/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明提供了一種顆粒增強金屬基復合材料零件的激光增材制造方法，包括材料的準備；增材制造成形，使用通過送粉器進行原材料送進的激光增材制造技術進行顆粒增強金屬基復合材料零件的制備；零件后處理。本發(fā)明中激光增材制造方法精選增強相顆粒的粒度范圍并進行表面處理，采用分別送進后在末端通過基于變密度點陣結構的靜態(tài)混合器混合的方式進行材料供給，讓流體按照預設路徑，完成增強相流體和基體相流體“分割?位置移動?重新混合”，同時對各物質送進位置及功能單元作用區(qū)域進行限定，提高兩相間混合均勻性、比例可調性及潤濕性，降低界面反應能，另外引入高能超聲作用于熔池，進一步改善了復合材料零件性能。

技術領域

本發(fā)明屬于增材制造技術領域，特別涉及一種顆粒增強金屬基復合材料零件的激光增材制造方法。

背景技術

顆粒增強金屬基復合材料是一類以金屬或合金作基體，碳化物、氧化物、氮化物、石墨甚至金屬等顆粒作為增強體的復合材料的統(tǒng)稱。由于該類材料具有高的比剛度、比強度、耐磨性、耐高溫及低比重等特性，在航空航天、能源重工、汽車、微電子及體育器械等領域均占有不小市場份額。

傳統(tǒng)顆粒增強金屬基復合材料零件的制備方法主要有粉末冶金、噴射沉積、攪拌復合、原位復合等，但它們均存在制備周期長、制件形狀復雜程度有限及不適宜定制化生產等問題；新興增材制造技術雖然可以解決上述傳統(tǒng)制備方法的不足，但由于要將兩相材料提前混合、送進，而兩相間存在粒度、密度及相容性等方面的差異，因此引發(fā)了送進效果不佳、兩相分布不均、相間不潤濕、存在嚴重界面反應及兩相的含量比例受限等新的問題。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明人進行了銳意研究，提供了一種顆粒增強金屬基復合材料零件的激光增材制造方法，該方法精選增強相顆粒的粒度范圍并進行表面處理，采用分別送進后在末端通過基于變密度點陣結構的靜態(tài)混合器混合的方式進行材料供給，讓流體按照預設路徑，完成增強相流體和基體相流體“分割-位置移動-重新混合”，同時對各物質送進位置及功能單元(激光聚焦系統(tǒng)、送粉頭與高能超聲聚焦模塊)作用區(qū)域進行限定，提高兩相間混合均勻性、比例可調性及潤濕性，降低界面反應能，另外引入高能超聲作用于熔池，進一步改善復合材料零件性能，從而完成本發(fā)明。

本發(fā)明提供的技術方案如下：

一種顆粒增強金屬基復合材料零件的激光增材制造方法，包括：

原材料的準備；

步驟1-1，增強相的準備：選取中值粒徑D50在1～10μm范圍內的第二相顆粒作為增強相，在有機介質中攪拌后干燥，然后通過物理或化學的方法在干燥后增強相顆粒表面獲得一層能夠改善增強相與基體界面性能的鍍層；

步驟1-2，基體相的準備：選取金屬粉末作為基體相，在100～150℃的真空環(huán)境下干燥1～3h；

增材制造成形：使用通過送粉器進行原材料送進的激光熔化沉積成形技術進行顆粒增強金屬基復合材料零件的制備，增材制造裝置的成型室內安裝有激光聚焦系統(tǒng)和送粉頭，具體過程包括：

步驟2-1，工藝文件的準備；

步驟2-2，成形設備的準備：將處理好的增強相顆粒與基體粉末分別裝入各自的送粉器內，通過計算得出滿足所需顆粒增強金屬基復合材料兩相配比的增強相顆粒與基體粉末的送進速率，然后調節(jié)送粉器氣流使二者的實際送進量與計算值一致，兩種材料在進入熔池前先經(jīng)過靜態(tài)混合器，在靜態(tài)混合器內混合均勻后經(jīng)送粉頭送進，調節(jié)激光光斑與送進位置之間的關系，使送進位置位于熔池的中后部；

步驟2-3，零件成形。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種顆粒增強金屬基復合材料零件的激光增材制造方法，具有以下有益效果：