[發明專利]一種激光選區熔化成形高強鋁基復合材料零件的方法

在審

• 申請號: 202110352240.8
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113134625A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 王衛東;劉建光;沈衛國;張嘉振;葛增如;陳鑫;彭俊陽
• 申請（專利權）人: 中國商用飛機有限責任公司北京民用飛機技術研究中心;中國商用飛機有限責任公司
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/85;B33Y10/00;B33Y50/02;B33Y70/10;B33Y80/00;C22C21/02;C22C32/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明提供了一種激光選區熔化成形高強鋁基復合材料零件的方法，涉及增材制造技術領域，能夠改善鋁基復合材料微觀組織中增強相的分布均勻性以及與基體的界面結合性，顯著提高鋁基復合材料零件的強度與彈性模量；該方法步驟包括：S1、配備用于激光選區熔化成形的復合材料的原材料；所述原材料為SiC顆粒與AlSi 10Mg粉末的混合粉末；S2、將要成形的零件數據導入3D打印軟件中，并將要成形零件的二維截面數據導入激光選區熔化成形設備中；S3、按照預設的工藝參數和掃描策略進行激光選區熔化成形；S4、去除零件表面的浮粉，采用切割的方式將零件與基板分離并對零件進行噴砂處理。本發明提供的技術方案適用于增材制造的過程中。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，尤其涉及一種激光選區熔化成形高強鋁基復合材料零件的方法。

背景技術

鋁基復合材料綜合了基體鋁合金和增強顆粒的優點，具有高比強度和比模量、耐磨、耐腐蝕等優異的物理化學性能，被廣泛應用航空航天領域。鋁基復合材料的傳統制備工藝有原位合成法、粉末冶金法、熔體浸滲法、攪拌鑄造法、噴射沉積法和超聲法，由于增強顆粒與鋁合金基體之間的物理、化學性能差異較大，采用傳統工藝制備時鋁合金基體不能有效潤濕增強相，增強顆粒與鋁合金基體的結合界面強度較差，造成鋁基復合材料的整體力學性能較低，嚴重影響高強鋁基復合材料的應用。尤其對于形狀復雜的零件，傳統制造工藝流程復雜，增強顆粒在基體內分布不均勻，微觀組織均勻性差，加工精度難以保證，甚至成形失敗。

使用激光選區熔化技術成形AlSi10Mg與SiC的混合粉末，通過優選的成形工藝參數和特殊掃描策略，在獨特的工藝特性和最優的能量輸入下，成形過程中的熔池具有良好的穩定性，SiC顆粒與熔融鋁基體之間的原位反應充分，生成的Al4SiC4增強體在鋁基體內分布均勻，顯著提高鋁基復合材料零件的強度和彈性模量，同時，由于激光選區熔化成形無需模具，顯著縮短了生產周期。

中國發明專利CN111235417A公開了一種激光選區熔化成形的高性能鋁基復合材料及其制備方法，該發明方法是通過球磨和激光選區熔化成形兩個部分實現。通過球磨AlSi10Mg合金96-97％、亞微米SiC陶瓷顆粒2％、納米TiC陶瓷顆粒1-2％獲得原材料，該粉體設計能有效促進鋁基復合材料在激光選區熔化成形過程中熔池的非均勻形核，細化晶粒，改善鋁基復合材料的綜合機械性能。但該發明通過球磨工藝獲得原材料，顯著破壞用于激光選區熔化成形時的粉末形態，不利于成形質量的提高。

中國發明專利CN10798 3957A公開了一種改進三氧化二鋁增強鋁基復合材料零件的成形方法，該方法通過對改進鋁合金金屬粉末預處理，隨后與Al₂O₃陶瓷粉末混合，得到成形材料并進行激光選區熔化成形。該發明方法使用的增強體顆粒為Al₂O₃陶瓷，并將鋁合金粉末與Al₂O₃陶瓷球磨，破壞粉末形態，破壞成形時的鋪粉效果，降低成形質量。

以上的技術方案均有其不足之處。

因此，有必要研究一種新的激光選區熔化成形高強鋁基復合材料零件的方法來應對現有技術的不足，以解決或減輕上述一個或多個問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種激光選區熔化成形高強鋁基復合材料零件的方法，能夠改善鋁基復合材料微觀組織中增強相的分布均勻性以及與基體的界面結合性，顯著提高鋁基復合材料零件的強度與彈性模量。

一方面，本發明提供一種激光選區熔化成形高強鋁基復合材料零件的方法，其特征在于，所述方法的步驟包括：

S1、配備用于激光選區熔化成形的復合材料的原材料；所述原材料為SiC顆粒與AlSi10Mg粉末的混合粉末；

S2、將要成形的零件數據導入3D打印軟件中，并將要成形零件的二維截面數據導入激光選區熔化成形設備中；添加完支撐并切片后，將得到的二維截面數據導入激光選區熔化成形設備中；