[发明专利]基于等离子喷涂-激光熔覆制备复合构件的方法

说明书

本发明提供一种基于等离子喷涂‑激光熔覆制备复合构件的方法，包括：步骤A、石墨芯模的制备；步骤B、等离子喷涂制备第二基体层；步骤C、激光熔覆制备交替层，交替层为难熔金属层与陶瓷层相互交替叠加；步骤D、等离子喷涂制备缓和层；步骤E、循环进行步骤C与步骤D且最外层为交替层；步骤F、机加工去除石墨芯模。该方法适用于回转体构件等异形件的制备，无需进行高温高压处理、有效节约生产能耗，生产成本低，安全性高，适用于难熔金属‑陶瓷复合材料的回转体构件等异形件的大批量制备。

技术领域

本发明涉及材料制造技术领域，尤其涉及一种基于等离子喷涂-激光熔覆制备复合构件的方法。

背景技术

难熔金属-陶瓷复合材料既具有陶瓷材料的低热导率、高耐磨耐蚀性能，又兼具难熔金属的高熔点、高韧性和优良的抗烧蚀性能，广泛应用于武器装备、航空航天等领域。目前，针对形状简单的难熔金属-陶瓷复合材料的零部件，通常利用粉末冶金的方法进行制备，主要包括将难熔金属-陶瓷复合材料粉体球磨均匀化、压制成型、烧结致密化、机械加工等步骤，所制得的零部件致密度高、力学性能优异。然而，利用粉末冶金的方法针对回转体构件等异形件进行难熔金属-陶瓷复合材料制备时，压制成型难度高，同时需要采用机加工去除芯部大量难熔金属-陶瓷复合材料，造成材料浪费、增加生产成本，且芯部的高耐磨耐蚀、高熔点的难熔金属-陶瓷复合材料不易去除，也对利用粉末冶金法制备回转体构件等异形件的制备造成困难。

专利文献CN114147436A中公开了一种具有周期性性梯度渐变结构复合构件的制备方法，其通过在石墨芯轴表面采用等离子喷涂陶瓷层、陶瓷-金属层与金属层，以及等离子喷涂后采用热等静压扩散处理，再利用机加工去除容易处理的石墨芯轴等手段，从而实现回转体构件等异形件的制备。然而，该手段中等离子喷涂层（即陶瓷层、陶瓷-金属层与金属层）的致密度、孔隙率、晶粒大小及各层之间的结合强度与热等静压工艺中的高温高压直接相关，即若需要获得致密化程度高、孔隙率少、晶粒小的等离子喷涂层，需要热等静压工艺中提供较高的烧结温度与加载压力，工艺复杂，生产能耗大、成本高，危险系数大，不利于难熔金属-陶瓷复合材料的回转体构件等异形件的大批量制备。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于等离子喷涂-激光熔覆制备复合构件的方法，以解决上述背景技术中存在的问题，该方法适用于回转体构件等异形件的制备，无需进行高温高压处理、有效节约生产能耗，生产成本低，安全性高，适用于难熔金属-陶瓷复合材料的回转体构件等异形件的大批量制备。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于等离子喷涂-激光熔覆制备复合构件的方法，其特征在于：

包括：步骤A、石墨芯模的制备；步骤B、采用等离子喷涂在石墨芯模表面喷涂第二基体层；步骤C、采用激光熔覆在第二基体层表面制备交替层，交替层为难熔金属层与陶瓷层相互交替叠加；步骤D、采用等离子喷涂在步骤C的交替层表面制备缓和层；步骤E、循环进行步骤C与步骤D且最外层为交替层，得到高致密复合构件；步骤F、机加工去除石墨芯模，获得高致密异形构件。

作进一步优化，所述步骤 A具体为：根据所需制备的复合构件的形状及尺寸，设计并机加工出两端具有夹持端的石墨芯模；所述石墨芯模采用具有优异的高温强度、化学稳定性和机械加工特性的石墨材料（即三高石墨），石墨材料密度≥1.8g/cm³。

作进一步优化，所述第二基体层、难熔金属层、缓和层的材料相同；均为W、Mo、Ta难熔金属单质中的任一种或W/Mo、Mo/La、W/Ta难熔合金中的任一种。

作进一步优化，所述陶瓷层的材料为ZrO₂、Al₂O₃、YSZ、La₂Zr2O₇中的一种或多种。