[发明专利]一种颗粒增强金属基复合材料零件的激光增材制造方法

说明书

本发明提供了一种颗粒增强金属基复合材料零件的激光增材制造方法，包括材料的准备；增材制造成形，使用通过送粉器进行原材料送进的激光增材制造技术进行颗粒增强金属基复合材料零件的制备；零件后处理。本发明中激光增材制造方法精选增强相颗粒的粒度范围并进行表面处理，采用分别送进后在末端通过基于变密度点阵结构的静态混合器混合的方式进行材料供给，让流体按照预设路径，完成增强相流体和基体相流体“分割‑位置移动‑重新混合”，同时对各物质送进位置及功能单元作用区域进行限定，提高两相间混合均匀性、比例可调性及润湿性，降低界面反应能，另外引入高能超声作用于熔池，进一步改善了复合材料零件性能。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，特别涉及一种颗粒增强金属基复合材料零件的激光增材制造方法。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料是一类以金属或合金作基体，碳化物、氧化物、氮化物、石墨甚至金属等颗粒作为增强体的复合材料的统称。由于该类材料具有高的比刚度、比强度、耐磨性、耐高温及低比重等特性，在航空航天、能源重工、汽车、微电子及体育器械等领域均占有不小市场份额。

传统颗粒增强金属基复合材料零件的制备方法主要有粉末冶金、喷射沉积、搅拌复合、原位复合等，但它们均存在制备周期长、制件形状复杂程度有限及不适宜定制化生产等问题；新兴增材制造技术虽然可以解决上述传统制备方法的不足，但由于要将两相材料提前混合、送进，而两相间存在粒度、密度及相容性等方面的差异，因此引发了送进效果不佳、两相分布不均、相间不润湿、存在严重界面反应及两相的含量比例受限等新的问题。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种颗粒增强金属基复合材料零件的激光增材制造方法，该方法精选增强相颗粒的粒度范围并进行表面处理，采用分别送进后在末端通过基于变密度点阵结构的静态混合器混合的方式进行材料供给，让流体按照预设路径，完成增强相流体和基体相流体“分割-位置移动-重新混合”，同时对各物质送进位置及功能单元(激光聚焦系统、送粉头与高能超声聚焦模块)作用区域进行限定，提高两相间混合均匀性、比例可调性及润湿性，降低界面反应能，另外引入高能超声作用于熔池，进一步改善复合材料零件性能，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

一种颗粒增强金属基复合材料零件的激光增材制造方法，包括：

原材料的准备；

步骤1-1，增强相的准备：选取中值粒径D50在1～10μm范围内的第二相颗粒作为增强相，在有机介质中搅拌后干燥，然后通过物理或化学的方法在干燥后增强相颗粒表面获得一层能够改善增强相与基体界面性能的镀层；

步骤1-2，基体相的准备：选取金属粉末作为基体相，在100～150℃的真空环境下干燥1～3h；

增材制造成形：使用通过送粉器进行原材料送进的激光熔化沉积成形技术进行颗粒增强金属基复合材料零件的制备，增材制造装置的成型室内安装有激光聚焦系统和送粉头，具体过程包括：

步骤2-1，工艺文件的准备；

步骤2-2，成形设备的准备：将处理好的增强相颗粒与基体粉末分别装入各自的送粉器内，通过计算得出满足所需颗粒增强金属基复合材料两相配比的增强相颗粒与基体粉末的送进速率，然后调节送粉器气流使二者的实际送进量与计算值一致，两种材料在进入熔池前先经过静态混合器，在静态混合器内混合均匀后经送粉头送进，调节激光光斑与送进位置之间的关系，使送进位置位于熔池的中后部；

步骤2-3，零件成形。

根据本发明提供的一种颗粒增强金属基复合材料零件的激光增材制造方法，具有以下有益效果：