[發(fā)明專利]一種編織碳纖維與非晶金屬粉末3D打印復(fù)合方法

在審

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• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113600831A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張培磊;鳳軍毅;于治水;孔海娟;余木火
• 申請（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué);東華大學(xué)
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/38;C22C47/06;C22C47/14;C22C49/02;C22C49/14;B33Y70/00;B33Y10/00;C22C101/10
• 代理公司: 上海唯智贏專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31293
• 代理人: 張若川

本發(fā)明公開了一種編織碳纖維與非晶金屬粉末3D打印復(fù)合方法，以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的碳纖維為基體，在基體上使用非晶金屬粉末鋪粉，用激光束對非晶金屬粉末進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，疊加成型制得3D打印復(fù)合材料；非晶金屬粉末為FeCrMnMoWBCSi非晶金屬粉末、FeCrMnMoBY非晶金屬粉末或FeCrMnMoCY非晶金屬粉末；碳纖維的添加量占碳纖維和非晶金屬粉末的總體積的15～25％。本發(fā)明的方法，以具有高抗拉強(qiáng)度且低密度的碳纖維作為基材，賦予了復(fù)合材料極佳的抗拉強(qiáng)度及輕量化性能；以非晶金屬粉末作為強(qiáng)度增強(qiáng)相，賦予了復(fù)合材料非晶合金的高強(qiáng)韌性、抗腐蝕性及耐磨性；能夠?qū)崿F(xiàn)3D打印合金的零部件輕量化的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料增材技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種編織碳纖維與非晶金屬粉末3D打印復(fù)合方法，特別涉及一種抗拉強(qiáng)度高且密度小的復(fù)合材料的激光增材制備方法。

背景技術(shù)

3D打印技術(shù)是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項新興技術(shù)，被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”，其中金屬零部件3D打印技術(shù)是3D打印體系中最為前沿和最有潛力的技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。

激光選取熔化技術(shù)(SLM)是利用激光束將非晶金屬粉末進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，最終疊加成型，制造出實體產(chǎn)品。

高彈性碳纖維具有強(qiáng)度高、密度低、尺寸穩(wěn)定性高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，比如采用的高彈性碳纖維所制作的零部件的拉伸強(qiáng)度可達(dá)1600Mpa，但其密度只有1.5g/cm³左右。其可作為一種優(yōu)異的基材，能夠幫助實現(xiàn)材料輕量化。

因此，開發(fā)一種抗拉強(qiáng)度高且密度小的以碳纖維為基材的復(fù)合材料的激光增材制備方法極具現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種抗拉強(qiáng)度高且密度小的以碳纖維為基材的復(fù)合材料的激光增材制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種編織碳纖維與非晶金屬粉末3D打印復(fù)合方法，以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的碳纖維為基體，在基體上使用非晶金屬粉末鋪粉，用激光束對非晶金屬粉末進(jìn)行逐層堆積黏結(jié)，疊加成型制得3D打印復(fù)合材料；

所述非晶金屬粉末為FeCrMnMoWBCSi非晶金屬粉末、FeCrMnMoBY非晶金屬粉末或FeCrMnMoCY非晶金屬粉末；

所述碳纖維的添加量占碳纖維和非晶金屬粉末的總體積的15～25％。

本發(fā)明以具有高抗拉強(qiáng)度且低密度的高彈性碳纖維作為材料基體，再用一種非晶金屬粉末(FeCrMnMoWBCSi非晶金屬粉末、FeCrMnMoBY非晶金屬粉末、FeCrMnMoCY非晶金屬粉末)作為強(qiáng)度增強(qiáng)相，使用SLM技術(shù)將非晶金屬粉末熔于碳纖維基體上形成了編織碳纖維與非晶金屬粉末復(fù)合材料，制得的編織碳纖維與非晶金屬粉末復(fù)合材料不僅具有極佳的抗拉強(qiáng)度及輕量化性能，而且兼具非晶合金本身的高強(qiáng)韌性、抗腐蝕性、耐磨性等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)3D打印合金的零部件輕量化的目的，極具應(yīng)用前景。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案：

如上所述的一種編織碳纖維與非晶金屬粉末3D打印復(fù)合方法，所述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的碳纖維具體是多根碳纖維XY軸交錯編織成型而得的；

單根碳纖維的直徑為8～15μm，相鄰碳纖維之間的間距控制在20～30μm，編織方式為平紋編織，平紋網(wǎng)面結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格分布均勻，表面平坦整齊，擁有良好的各向同性性質(zhì)。

如上所述的一種編織碳纖維與非晶金屬粉末3D打印復(fù)合方法，所述非晶金屬粉末的粒徑范圍為15～53μm。粉末粒徑過小一方面會由于流動性過差導(dǎo)致團(tuán)聚現(xiàn)象的產(chǎn)生，另一方面由于碳纖維本身的直徑為8～15μm，所以粉末粒徑至少要大于其直徑；粉末粒徑過大則會導(dǎo)致加熱過程中吸取的熱量無法充分熔化金屬粉末，并使其中產(chǎn)生間隙，從而使致密度降低，影響最終復(fù)合產(chǎn)品的整體性能。