[发明专利]用于金属增材制造无损检测的复合缺陷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于金属增材制造无损检测的复合缺陷及其制备方法。包括以下步骤：利用增材制造设备打印金属试块，采用机械压痕法或激光打孔法在试块表面制备未熔合区域，随后利用磁控溅射镀膜机在含有未熔合区域的试块表面以及另一无缺陷试块表面进行镀镍，并将粉末颗粒添加到试块表面的未熔合区域中。最后利用真空扩散法将两试块镀镍的一面连接在一起，使缺陷包裹在内形成内置复合缺陷。这种制备方法不仅能够高效、精确的制备缺陷，同时能够很好的验证现已有检测手段的检测能力，还可以为检测标准的制定提供依据，从而更好地对缺陷进行定位和定量分析，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及金属增材制造无损检测技术，具体涉及一种用于金属增材制造无损检测的复合缺陷及其制备方法。

背景技术

增材制造技术是一种自下而上，逐层递增的材料累加制造方法。金属增材制造是增材制造技术中重点发展的方向，已经广泛应用于航空航天、医疗器械、汽车制造和模具制造等领域。然而在其制造工艺过程中存在着不同类型的缺陷。常见的缺陷有气孔、未熔合、夹杂、裂纹等，这些内部缺陷会显著影响材料的性能，降低材料的寿命，甚至有可能引发事故。并且这些微小缺陷会形成复杂的三维复合缺陷，复合缺陷所产生的的危害比单一缺陷更大，并且难以彻底消除，对材料的抗拉强度、疲劳强度和蠕变强度等性能将造成严重的影响，最终影响部件长期运行的安全性和可靠性。不同于传统锻造、铸造或模制零部件，增材制件无损检测的时机可以贯穿制造全过程，包括原材料特性及形貌的检测、加工过程中缺陷的在线检测、打印结束后的质量检测及服役过程中的质量检测。世界各国都在开展增材制造无损检测方法的研究，但是尚未形成一套完整的检测标准。

相比于传统零部件而言，金属增材制造的缺陷定位与定量分析目前还存在一些困难。目前已有的检测试块主要是平底孔、横孔、大平底等宏观缺陷，与金属增材制造的实际缺陷相差甚远，而采用金属增材制造方法所制得的试块其内部缺陷不可控，无法用来验证所用检测手段的检测能力和制定相应的检测标准。因此用于金属增材制造无损检测的复合缺陷的制备的研发具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于金属增材制造无损检测的复合缺陷及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种用于金属增材制造无损检测的复合缺陷，该复合缺陷是由不同材料、不同粒度和不同体积分数的金属或陶瓷粉末弥散于未熔合区域所形成的三维复合型复杂缺陷，制备方法采用真空扩散连接方法。粉末是球形或近球形颗粒，粉末颗粒的尺寸范围为10-100μm；粉末颗粒是增材制造钛合金、铝合金、不锈钢、镍基合金粉末颗粒和高熔点的钨、钼、陶瓷粉末颗粒。粉末颗粒的体积分数范围在10％-50％。

作为优选地，未熔合区域采用机械压痕法或激光打孔法获得。未熔合区域为圆锥形、半球形、四棱锥形，直径范围为0.1-10mm，深度范围为20-5000μm。

第二方面，本发明提供一种用于金属增材制造无损检测的复合缺陷的制备方法，包括以下步骤：

S1：利用增材制造设备打印金属试块；所需的试块材料为增材制造钛合金、铝合金、不锈钢、镍基合金；

S2：在试块用于制备缺陷的一面与另一无缺陷试块用于真空扩散连接的一面进行打磨、抛光之后利用酒精与超声波清洗并吹干，再利用机械压痕法或激光打孔法在试块表面制备未熔合区域；

S3：在压强0.5-1.0pa，温度150-200℃，真空度3x10^-3pa，溅射时间0.5-1h，溅射功率4-8w/cm²，射频电源输出功率150-300w的条件下利用PVD磁控溅射镀膜机在含有未熔合区域的试块表面以及另一无缺陷试块表面进行镀镍，使试块表面达到真空扩散焊接的要求，所获得的镀镍层的厚度为1-5μm。

S4：将粉末颗粒添加到试块表面的未熔合区域中。