[發明專利]一種基于電弧增材制造提高強度和耐磨性的一體成形方法

有效

• 申請號: 202110971790.8
• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113600978B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 歐艷;李長友;付斯倚;錢錦文;肖逸鋒;吳靚;張明華
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K9/173
• 分類號: B23K9/173;B23K9/235
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于電弧增材制造領域，公開了一種基于電弧增材制造提高強度和耐磨性的一體成形方法。其特征在于，以硅酸鈉溶液為基質，在其中加入特定比例氧化鋁顆粒制成氧化鋁涂層，將混合均勻的氧化鋁涂層基料均勻的涂覆在打磨好的基板上，之后將帶有涂層的基板在恒溫條件下干燥，最后用GMAW(熔化極氣體保護焊)在基板上增材制造一體成形。本發明在電弧增材制造過程中添加氧化鋁顆粒，在彌散強化的作用下，提升熔覆層的強度與耐磨性；本發明目的在于改善現存在的電弧增材制造零部件由于受焊絲種類與制造工藝限制而無法達到特定性能，致使電弧增材制造技術缺少靈活性的問題。

技術領域

本發明屬于電弧增材制造領域。具體涉及一種基于電弧增材制造提高強度和耐磨性的一體成形方法，通過電弧增材制造過程中直接添加氧化鋁涂層一體成形，在彌散強化作用下提升成形件焊縫區強度和耐磨性。

背景技術

增材制造(Additive?Manufacturing,AM)技術是基于分層制造原理，通過CAD設計數據，采用材料逐層累加的方法，直接將數字化模型制造成實體零件的一種新型制造技術。GMAW是一種絲材電弧增材制造(Wire?Arc?Additive?Manufacturing,WAAM)常用技術，其在保護氣作用下，利用焊絲和焊件之間的電弧熔化連續送給的焊絲和母材形成熔池和焊縫。該技術具有成型效率高、生產成本低、易于自動化、適用于各種復雜結構零件快速制造、制造零件組織致密、力學性能好等優點。但由于電弧增材制造過程屬于多耦合非線性成型過程，單一的材料無法在成型過程中達到所需的優良性能且易產生應力集中等缺陷，因此復合材料在電弧增材制造領域逐漸成為一個重要的發展方向。

復合材料是由兩種或兩種以上的具有不同性質的金屬或非金屬材料通過一定的加工工藝方法制備出的多相材料。目前復合材料制備方法主要有粉末冶金法、高能-高速固結法、壓力浸滲鑄造法及液態金屬攪拌鑄造法。本發明以316L不銹鋼和氧化鋁陶瓷為例，在電弧增材制造的基礎上提出了一種全新的復合材料制備方法。316L奧氏體不銹鋼具有成形性好、制備簡單、來源廣泛、成本低廉等優勢，并且在氧化性環境中具有優良的耐腐蝕性能和良好的耐熱性能，因此在工業生產及生活中均有較大的應用。但是316L奧氏體不銹鋼強度較低且耐磨性能較差。氧化鋁陶瓷具有強度高、硬度高、耐高溫、抗腐蝕、耐磨以及絕緣性能好等優點。利用GMAW電弧增材制造制備這兩種材料的復合熔覆層,具有高強度、高耐磨性等特性,具有很高的學術研究價值和廣闊的應用前景。

發明內容

本發明提供了一種基于電弧增材制造提高強度和耐磨性的一體成形方法，用于改善電弧增材制造領域，由于受到焊絲種類以及制造工藝缺少靈活性的限制，致使工件無法達到特定性能的問題。該方法通過在316L不銹鋼電弧增材制造過程中添加氧化鋁涂層，以此實現對316L不銹鋼成形件的強度和耐磨性的提升。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于電弧增材制造提高強度和耐磨性的一體成形方法，包括以下步驟：

步驟一、對基板進行預處理：依次用砂輪機和240#砂紙打磨基板表面，去掉氧化層，直至露出金屬光澤，保持基板表面平整，然后在超聲波清洗機中用酒精清洗基體材料表面，并進行真空干燥處理。將預處理好的基板固定在焊接工作臺；

步驟二、配制氧化鋁涂層：將氧化鋁粉末與粘結劑按比例混合均勻，制成糊狀備用；

步驟三、涂覆氧化鋁涂層：將步驟二配制的糊狀氧化鋁涂層基料均勻的涂覆在步驟一所述打磨好的基板上，涂覆層厚度為0.3-2mm；

步驟四、干燥涂層：將恒溫工作臺打開設置80-100℃，高溫干燥1-4小時至涂層基本干燥；

步驟五、熔覆試樣：利用熔化極氣體保護焊，進行電弧送絲增材制造，將氧化鋁涂覆層熔于焊縫中，一體成形，熔覆層厚度為0.3-3mm。

所述的一種基于電弧增材制造提高強度和耐磨性的一體成形方法，其利用熔化極氣體保護焊制備復合熔覆層。