[发明专利]一种多孔金属零部件的近净成形方法

说明书

技术领域

本发明属于快速成形技术与粉末松装烧结复合成形领域，具体为一种 近净成形多孔金属零件的方法。

背景技术

多孔材料是由金属骨架与孔隙构成的一种材料。与致密材料相比，多 孔材料的典型特点是内部含有大量的孔隙。因此，多孔金属具有以下优良 性能，如密度小、比表面积大、导热率低、散热能力高、透过性强、吸能 吸波吸声能力强，生物相容性好等。近年来，多孔材料零件已经得到了非 常广泛的应用，如被用作生物材料器件、减震器、缓冲器、过滤器、吸能 器、流体透过器、热交换器、灭火器、发动机排气消声器，金属电极等等。

松装粉末烧结(Loose Powder Sintering，LPS)是一种常见的多孔零件的 成形方法。其具体过程是将金属粉末松装于模具内进行无压烧结，在烧结 过程中粉末颗粒相互粘结，从而形成多孔烧结体。该成形方法可以生产Fe、 Ni、Cu或其他合金多孔体。利用该技术可以制造出孔隙率为40％～60％的多 孔零件。为进一步提高孔隙率，可加入疏松剂。

但是利用松装粉末烧结法成形各种多孔材料及零部件时，存在以下问 题：

(1)粉末松装烧结法难以直接成形出任意复杂形状的零件。多孔材料 的应用中需要某种复杂形状，LPS则受到限制则无法直接成形。实际生产 中需要机加工，这种方法不仅工艺繁琐，生产效率低，而且还造成了材料 的浪费。

(2)粉末松装烧结需要使用模具成形，粉末烧结后需要将零件从模具中脱 除，因此模具的设计与烧结环节至关重要，稍有偏差就会影响零件的尺寸 精度。(参考文献：[1]曾舟山.316L不锈钢粉真空松装烧结的研究.粉末 冶金材料科学与工程.1997，4(2)，251-254；[2]左光威.青铜合金粉松 装烧结温度的确定.粉末冶金工业.1996，2(6)，36-37；[3]曾剑波，吴 诚萍，邱培民.松装烧结多孔钛板.中国有色金属学会第七届全国钛及钛 合金学术交流会.1990年12月10日)

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔金属零部件的近净成形方法，该方法 无需模具，具有工艺过程简单易行、可制造复杂形状的特点。

本发明提供的多孔金属零部件的近净成形方法，其特征在于该方法包 括下述步骤：

(1)采用三维造型软件设计出零件的三维CAD模型，然后由切片软 件处理为后保存为STL文件，将STL文件的数据信息输送到选择性激光熔 化(Selective Laser Melting，SLM)快速成形设备；

(2)将SLM快速成形设备的成型腔抽成真空，然后通入保护性气体；

(3)送粉机构在金属基板上平铺一层厚度为0.05～0.15mm、粒径为 10-100μm的金属粉末；

(4)采用激光功率大于或等于100W的激光束对切片边界的外轮廓进 行扫描，使外轮廓熔化；

(5)重复步骤(3)-(4)，直至整个零件外壳成形完毕；

(6)将成形零件的外壳与装载在外壳中的粉末，整体置于高温烧结炉 中进行烧结成形。

本发明将选择性激光熔化(SLM)快速成形技术与松装粉末扫描(LPS) 结合起来，这种复合方法具有以下优点：

(1)使用SLM单道扫描制造零件的外壳，可以成形出复杂形状结 构的零件。

(2)通过LPS烧结内部松散粉末形成多孔材料，避免了使用SLM 全部扫描内部粉末时对形成的孔隙不易控制。

(3)采用SLM成形外壳，免去了设计与制造模具带来的尺寸偏差。

(4)由于可以在SLM成形的包套内填充任意粉末材料进行后续松 装烧结，因而该复合成形法所涉及的成形材料广泛。

(5)工艺过程简单，避免了传统的机加工，节省材料。

附图说明

图1为本发明选择性激光熔化(SLM)成形金属零件外壳的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明的具体过程作进一步详细的阐述：

(1)每一层制造过程中，仅对轮廓边界的金属粉末进化熔化，而不 扫描内部的松散粉末；

(2)重复上述过程，多层加工结束后，即可成形出具有一定形状、 一定强度的金属零件外壳，其内部粉末由于未经激光扫描而呈现松散状， 对于内部松散粉末处理有两种方式：