[发明专利]金属基碳纳米复合材料零部件的一体化成形装置及方法

权利要求书

1.金属基碳纳米复合材料零部件的一体化成形装置，包括控制系统、成形腔、真空系统、碳源气体供给室、保护气体室；碳源气体检测装置、气体循环系统、光学系统、送铺粉系统，其特征在于：送铺粉系统下端设置有用于铺设球形金属粉末的刮刀。

2.根据权利要求1所述金属基碳纳米复合材料零部件的一体化成形装置，其特征在于：所述光学系统含有激光器和激光传输装置，激光器通过激光传输装置将激光束聚焦到粉末床以实现对金属粉末的选区熔化。

3.根据权利要求1所述金属基碳纳米复合材料零部件的一体化成形装置，其特征在于：所述成形腔设有进气口、出气口、压力传感器、氧含量传感器、温度传感器、碳源气体检测装置、氢气含量传感器；所述进气口与碳源气体供给室和保护气体室连接，碳源气体供给室供给的碳源气体和保护气体室供给的保护气体按照一定浓度比例混合后经进气口进入成形腔；所述出气口与尾气处理系统连接，碳源气体和杂质气体经过尾气处理系统处理后排放。

4.根据权利要求1所述金属基碳纳米复合材料零部件的一体化成形装置，其特征在于：所述控制系统控制光学系统、送铺粉系统、碳源气体供给室。

5.利用权利要求1～4任一项所述装置对金属基碳纳米复合材料零部件进行一体化成形方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)建立零部件的三维图形文件，并进行分层离散，生成扫描路径数据，并导入控制系统中；

(2)先对成形腔抽真空，抽到氧气含量小于0.1vol.％时通入保护气体，再供给碳源气体使碳源气体浓度为0～100vol.％，通过气体循环系统循环利用保护气体和碳源气体；

(3)送铺粉系统控制的刮刀均匀平铺一层球形金属粉末于基板上；

(4)激光束根据三维图形文件实现对金属粉末的选区熔化，在金属粉末的加工平面上形成聚焦光斑，熔化金属粉末形成零件单层截面；

(5)同时，通过控制气态碳源在激光束作用下的裂解并在金属基体表面沉积出碳纳米材料；

(6)根据步骤(1)生成的扫描路径，重复步骤(3)～(5)，通过选区激光熔化成形技术逐层工作的方式实现复合材料的三维结构一体化成形。

6.根据权利要求5所述金属基碳纳米复合材料零部件的一体化成形方法，其特征在于：所述金属粉末可为钛粉、铁粉、镁粉、铝粉、铜粉、镍粉、钴粉、不锈钢粉。

7.根据权利要求5所述金属基碳纳米复合材料零部件的一体化成形方法，其特征在于：所述碳源种类可为CH₄、C₂H₄、C₂H₂、CO中的一种或多种混合。

8.根据权利要求5所述金属基碳纳米复合材料零部件的一体化成形方法，其特征在于，所述生成的碳纳米材料包括碳纳米球、碳纳米花、富勒烯、碳纳米线、碳纳米管、碳纳米纤维、纳米金刚石、石墨烯、石墨烷、石墨炔中的一种或多种混合。

9.根据权利要求5所述金属基碳纳米复合材料零部件的一体化成形方法，其特征在于：步骤(2)中，可实现碳源气体浓度从0～100vol.％的连续变化。