[发明专利]一种金属基碳纳米管复合材料零件的成形方法

说明书

本发明公开的一种金属基碳纳米管复合材料零件的成形方法，包括以下步骤：步骤1，对金属粉末和碳纳米管预处理，得到金属基碳纳米管复合材料；步骤2，程序文件和SLM设备的准备；步骤3.当成形室的氧气体积含量不大于0.1％时，根据程序文件和成形工艺参数，开始选区熔化至逐步堆叠成所需零件。本发明成形方法使用激光选区熔化技术逐层熔化提高了碳纳米管在金属基体中的分散性，高冷却速率降低了碳纳米管与金属基体的界面反应与元素偏析，对核心工艺参数的控制提高了成形金属基碳纳米管复合材料的稳定性，成形材料致密度可达99.8％以上，并且能直接成形复杂零件，缩短生产周期，提高成形效率，具有很大的生产应用价值。

技术领域

本发明属于激光选区熔化技术快速成形方法技术领域，具体涉及一种金属基碳纳米管复合材料零件的成形方法。

背景技术

随着航空航天、武器装备及自动化等高技术领域的快速发展，单一传统材料很难满足低比重、高强度、高塑韧性、高热稳定性等优异综合性能要求。金属基复合材料以其优异的综合性能成为目前关注和研究的热点。传统的碳化硅、碳纤维、氧化铝增强金属基复合材料的制备技术相对成熟，但其脆性大、耐磨性差等缺点限制了这类复合材料的广泛使用。一种新型复合材料增强体碳纳米管，其具有密度小、抗拉强度和弹性模量高、良好的抗氧化性和耐腐蚀性等优点，对于材料的综合性能有很大的提高。

目前传统的碳纳米管复合材料的制备方法有粉末冶金法、搅拌铸造法、熔体浸渍法、原位合成法等。金属基碳纳米管复合材料的研究前景可观，其中碳纳米管在复合材料中的分散性以及与基体材料的润湿性是碳纳米管复合材料目前的研究重点，但传统的制备方法与加工工艺复杂，导致生产效率低，而且利用传统工艺成形复杂零件也比较困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属基碳纳米管复合材料零件的成形方法，解决了现有成形方法加工工艺复杂、生产效率低、难以成形复杂零件的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种金属基碳纳米管复合材料零件的成形方法，包括以下步骤：

步骤1，对金属粉末和碳纳米管预处理，得到金属基碳纳米管复合材料；

步骤2，程序文件和SLM设备的准备

步骤2.1，程序文件准备：利用三维造型软件做出所需零件的三维实体模型，随后通过切片软件对三维实体模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据及填充扫描路径，保存此程序文件，然后将此程序文件及成形工艺参数导入SLM设备中；

步骤2.2，SLM设备准备：选择基板并固定在可升降的工作平台上、调平SLM设备，将步骤1的金属基碳纳米管复合材料粉末均匀铺平在工作平台上，然后对成形室抽真空、随后充入惰性气体，并根据步骤1中金属材料的种类对基板预热；

步骤3，当步骤2.2中的成形室的氧气体积含量不大于0.1％时，根据步骤2.1导入SLM设备的程序文件和成形工艺参数，SLM设备开始选区熔化，选区熔化完每层的金属基碳纳米管复合材料，工作平台降低一个层厚，再在工作平台上铺平金属基碳纳米管复合材料，继续选区熔化，循环选区熔化至逐步堆叠成所需零件。

本发明的特征还在于，

步骤1中金属粉末的预处理：选用粒径为10-60um的金属粉末；利用原位生长法在金属粉末上生长碳纳米管，或者将碳纳米管、镀覆铜或镍金属的碳纳米管与金属粉末以球磨法的方式充分混合，并使两者混合均匀，得到碳纳米管金属粉末，碳纳米管的体积分数为0.1％-20％；

将碳纳米管金属粉末放置在温度为100-150℃、大气压不大于-0.05MPa的真空环境下的烘干箱中干燥2-5h，然后冷却2-3h后取出，再利用200-240目的筛网筛粉即得金属基碳纳米管复合材料。

步骤2.2中基板的材料与步骤1中金属材料相同或者相似。