[發明專利]一種電弧增材制造制備泡沫鋁構件的方法

有效

• 申請號: 202110404479.5
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113102775B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 王波;王克鴻;郭順;劉北含
• 申請（專利權）人: 廣東華研智能科技有限公司
• 主分類號: B22F10/18
• 分類號: B22F10/18;B22F10/85;B22F3/11;B33Y10/00;B33Y50/02;B33Y70/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黎思結

本發明公開了一種電弧增材制造制備泡沫鋁構件的方法，包括如下步驟：1）將構件模型導入到專業的切片軟件中進行路徑規劃，并與增材制造系統進行通信，同時將基板打磨光滑并進行裝夾固定；2）將鋁合金和增稠劑在所述增材制造系統里進行共同沉積，在電弧攪拌作用下提高鋁合金熔池黏度；3）熔池凝固形成鋁構件后，將發泡劑分散溶液均勻噴涂在鋁構件表面；4）待下層鋁構件沉積之前和冷卻至層間溫度后，在鋁構件表面繼續噴涂發泡劑分散溶液；5）重復上述步驟2）至步驟4），直到鋁構件打印完成，從而形成具有特定形狀的泡沫鋁構件。本發明能夠實現發泡、制備一體化成型，減少了工藝復雜性，提高了生產效率。

技術領域

本發明涉及泡沫鋁制備技術領域，具體涉及一種電弧增材制造制備泡沫鋁構件的方法。

背景技術

泡沫鋁是在純鋁或者鋁合金中添加發泡劑，經過發泡工藝制成的具有含有大量閉合空隙的鋁基金屬材料，其兼顧了金屬和泡沫材料特征，具有良好的吸能減震、抗腐蝕、隔音降噪、抗電子屏蔽的作用。其密度僅為金屬鋁的10%~40%，抗彎比剛度為鋼的1.5倍，阻尼性能為金屬鋁的5~10倍，隔音系數在0.8以上，導熱系數較低，相當于大理石材料。由于其優異的物理、力學性能，在航空航天、交通運輸和建筑結構工業等領域得到廣泛應用。傳統制備泡沫鋁工藝包括：固態金屬燒結法、液態金屬凝固法、金屬沉積法、二次發泡法、金屬空心球法等。

公開號為CN105135947A的發明專利公開了一種包含梯度分布的泡沫鋁層的輕質復合防彈板，該輕質復合防彈板由面板和背板通過膠粘劑粘合在一起，該面板為陶瓷板；背板包括纖維增強樹脂基復合材料層和泡沫鋁層；該泡沫鋁層呈梯度分布且置于兩層纖維增強樹脂基復合材料層之間，通過膠粘劑粘合在一起，該泡沫鋁層的孔隙率沿著彈體入射方向逐漸減小。采用該方法制備的梯度材料各層之間結合強度不夠。公開號為CN106583739A的發明專利公開了一種具有梯度界面的泡沫鋁夾心板及其制造方法，首先將鋁粉或鋁合金粉與發泡劑氫化鈦粉均勻混合得到混合粉末，再將下面板合金粉末、混合粉末和上面板合金粉末依次裝入鋼模具中，三種粉體呈層狀分布，然后置于熱壓機中熱壓致密化獲得可發泡的夾心板預制件，最后預制件加熱發泡，獲得具有梯度界面的泡沫鋁夾心板，采用該方法雖然能夠制備夾心板材，但難以實現梯度材料復雜構件的制備。

傳統工藝制備泡沫鋁構件方法大都是先制備泡沫鋁，再通過機械加工獲得所需零件，加工工藝復雜，效率低，小批量的復雜構件難以制備。此外，泡沫鋁制備過程難以任意控制和調整結構參數，無法實現具有梯度結構的泡沫鋁構件的制備，從而限制了泡沫鋁材料在仿生結構中的應用，因此開發泡沫鋁合金新的制備工藝意義重大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電弧增材制造制備泡沫鋁構件的方法，用于實現泡沫鋁合金構件的高效小批量制造，解決常規增材方法加工困難，加工工序復雜的缺點；同時基于增材制造的逐層沉積特性，實現泡沫鋁梯度材料、非均質仿生材料的制備。

為了達到上述的目的，本發明提供了如下技術方案：

一種電弧增材制造制備泡沫鋁構件的方法，包括如下步驟：1）將構件模型導入到專業的切片軟件中進行路徑規劃，并與增材制造系統進行通信，同時將基板打磨光滑并進行裝夾固定；2）將鋁合金和增稠劑在所述增材制造系統里進行共同沉積，在電弧攪拌作用下提高鋁合金熔池黏度；3）熔池凝固形成鋁構件后，將發泡劑分散溶液均勻噴涂在鋁構件表面；4）待下層鋁構件沉積之前和冷卻至層間溫度后，在鋁構件表面繼續噴涂發泡劑分散溶液；5）重復上述步驟2）至步驟4），直到鋁構件打印完成，從而形成具有特定形狀的泡沫鋁構件。

增材制造作為新興的材料制備方法，可以實現材料的逐層逐道沉積，在制備梯度材料方面具有重要潛力。采用增材制造技術制備泡沫鋁合金構件可實現材料制備和成形的一體化加工過程，極大的提高生產效率，適用于小批量的泡沫鋁合金構件生產。增材制造的逐層沉積特性能夠實現泡沫鋁材料氣孔的梯度分布，能夠完成梯度材料、非均質仿生結構材料的制備。