[发明专利]基于3D打印技术制备颗粒增强金属基复合材料坯料的方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印技术制备颗粒增强金属基复合材料坯料的方法，本发明可以根据材料成分的控制，实现根据性能需求设计材料成分，以及通过控制加入增强体的分布，实现材料的可设计性，提高复合材料的性能，扩展颗粒增强基复合材料金属基复合材料的用途。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及基于3D打印技术制备颗粒增强金属基复合材料坯料的方法。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料是碳化物、氮化物、石墨等颗粒增强金属或合金基体的金属基复合材料的统称。这类复合材料的组成范围宽广，可根据工作的工况要求选择基体金属和增强颗粒，常选用的颗粒有碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化钨、氧化铝、氮化硅、硼化钛、氮化硼及石墨等，金属基体有铝、镁、钛、铜、铁、钻等及其合金。典型的颗粒增强金属基复合材料有SiCp/Al，Al₂O₃/Al，SiCp/Mg，B4Cp/Mg，TiC/Ti，WC/Ni等。制造方法有粉末冶金法、铸造法、真空压力浸渍法和共喷射沉积法。可以直接做成零件，也可做成铸锭后进行热挤压、锻造、轧制等。

传统的颗粒增强金属基复合材料制备方式是将增强体材料加入熔融的合金材料熔液中，进行不断的搅拌再进行浇注冷却成型。但是金属合金材料的成分往往是固定的，在需要不同的合金成分往往需要重新配比，工序和周期较长，从而限制了颗粒增强金属基复合材料的研究。本领域技术人员一直在研究开发一种能够有效解决合金材料的快速配制和进行增强体加入均匀混合的制备方案，但未有良好的效果。因此急需一种技术，能够实现不同金属材料的按需配制，以及增强体材料的均匀分布，从而实现颗粒增强金属基复合材料成分的定制化制备。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种基于3D打印技术制备颗粒增强金属基复合材料坯料的方法。本发明能够实现合金材料的快速配制和进行增强体均匀分布，从而实现金属基复合材料成分的定制化制备。

本发明的技术方案如下：

基于3D打印技术制备颗粒增强金属基复合材料坯料的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）选择基体材料：选取一定规格的若干种金属粉末材料；

（2）选择增强材料：选取一定规格的增强体材料；

（3）利用物理或者化学方法将工作平台粗糙化处理；

（4）在粗糙化处理的工作平台上预铺一层如步骤（1）所述的任意一种或多种金属粉末材料；

（5）利用辐射的方式将步骤（4）的材料加热处理，工作平台下移；

（6）重复步骤（4）和（5），使工作台上形成一定厚度的底层固结金属层；在此基础上进行其它材料的附着，可以防止由于工作台面材料的不同造成最终形成的零件变形；

（7）在步骤（6）形成的底层固结金属层上均匀铺设一层一种步骤（1）中的金属粉末材料；

（8）在步骤（7）基础上铺设增强体材料；根据材料厚度以及材料的性能决定是否进行辐射加热处理；材料较厚时进行加热（或激光扫描），材料较薄时可与下层材料一起加热（或激光扫描）处理；所述加热处理可使材料表面熔化，也可使材料整体熔化，以使材料达到整体粘结，不产生球化效果为宜；辐射加热可为激光射线或者电磁加热的方式。

铺粉方式类似于打印机的铺粉方式，将材料由粉盒集装，通过一个或一个以上的滚筒将材料均匀的铺设在台面上，滚筒可以通过静电吸附的方式粘粉，然后用刮板使材料下落（本文中提到的材料铺设方式除非特别说明均可采用这种方式）的方式设置增强体材料；根据材料厚度以及材料的性能决定是否进行辐射加热处理；材料较厚时进行加热，材料较薄时可与下层材料一起加热处理。

（9）在步骤（8）的基础上铺设步骤（1）中的一种金属粉末材料，工作平台下移；