[发明专利]一种激光-感应复合熔化沉积纤维增强金属基复合材料的方法有效
申请号: | 201611106419.0 | 申请日: | 2016-12-05 |
公开(公告)号: | CN106694879B | 公开(公告)日: | 2018-07-20 |
发明(设计)人: | 戴晓琴;陈瀚宁;雷剑波;石川;顾振杰;周圣丰 | 申请(专利权)人: | 天津工业大学 |
主分类号: | B22F3/105 | 分类号: | B22F3/105;B33Y10/00;C22C47/14;C22C47/06;C22C47/04;C22C49/08;C22C49/06;C22C101/10;C22C101/06;C22C101/02 |
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地址: | 300387 *** | 国省代码: | 天津;12 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 激光 感应 复合 熔化 沉积 纤维 增强 金属 复合材料 方法 | ||
一种激光‑感应复合熔化沉积纤维增强金属基复合材料的方法,该方法的特点是:(1)首先生成纤维增强金属基复合材料零件的三维模型,然后采用切片技术生成该零件的激光二维加工路径;(2)对纤维进行粗化、敏化、活化与化学镀处理,在直径0.2~10μm的纤维表面形成厚度为20~50μm镀镍层;(3)采用纤维编织模板,将纤维编织成相互平行的结构;(4)采用激光‑感应复合熔覆沉积技术将合金粉末熔化并将纤维包覆起来而形成纤维增强金属基复合材料。采用本发明可在高效率、低成本条件下,制备纤维增强金属基复合材料的结构件;纤维作为强化相均匀分布于金属基复合材料内;纤维结构保持完整且纤维间距离可调可控;纤维增强金属基复合材料显微组织致密,无气孔与裂纹,硬度可达1000~1250HV0.2,干滑动磨损性能约是硬度为60HRC的GCr15的3~5倍,抗拉强度可达1000~1200Mpa,延伸率为20~45%。
技术领域
本发明涉及一种激光-感应复合熔化沉积纤维增强金属基复合材料的方法,属于激光增材制造技术领域。
背景技术
金属基复合材料由金属基体和增强相通过一定的工艺复合而成的新型结构材料,按增强相的形态可分为纤维增强金属基复合材料、晶须及短纤维增强金属基复合材料、颗粒增强金属基复合材料等几种形式。因此,金属基复合材料具有较高的比强度、比刚度以及良好的抗蠕变、耐高温性能,尤其是纤维增强金属基复合材料在其纤维方向上具有很高的强度和模量,在构件的受力状况基本确定时更能发挥其定向优势,在航空航天领域具有十分广阔的应用前景。
目前,纤维增强金属基复合材料的制备方法主要有粉末冶金法、真空压力浸渗法、挤压铸造法、搅拌铸造法等。粉末冶金法是预先将短纤维与金属粉末制成浆状并混合,经成型干燥热压烧结成型,该法较为复杂,不适宜制备大尺寸零件,成本很高。真空压力浸渗法是将增强相制成预制体,放入承压铸型内,加热、抽真空,通过真空产生的负压,使液态基体金属熔体浸渗到预制体中并凝固成形,该方法的设备复杂,工艺周期长,成本较高,适用于制备要求较高的小型零件;挤压铸造是将增强材料制成预制件,放入压型,用压机将液态金属压入凝固后得到成型件,其挤压铸造力大,一般在70-100MPa,所制成预制件必须有很高强度,同时需保证预制件的空隙度;搅拌铸造法是将金属熔化,在液态或半固态搅拌,同时加入增强材料(短纤维、晶须或粒子等),制备出复合材料浆料,然后进行铸造、液态模锻、轧制或挤压成形。尽管挤压铸造法与搅拌铸造法在工业中得到较为广泛的应用,但是这两种方法制备的纤维增强金属基复合材料都存在纤维增强相分布不均、结构不完整以及与金属基体界面润湿性差等缺点,其综合性能有待进一步提高。
激光增材制造主要以金属粉末或金属丝材为原料,通过CAD模型预分层处理,采用高功率激光束熔化堆积生长,直径从CAD模型一步完成高性能构件的“近终成形”。与传统的制造工艺相比,激光增材制造属于“加法制造”,具有工艺流程短、无模具、制造周期短、小批量零件生产成本低、零件近净成 型、材料利用率高以及可实现多种材料任意复合制造等优点。近年来,激光-感应复合熔化沉积技术可以在加工效率提高1~5倍的条件下,快速制备组织致密的高性能三维结构件。但是,采用激光-感应复合熔化沉积技术制备纤维增强金属基复合材料的方法未见文献报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光-感应复合熔化沉积纤维增强金属基复合材料的方法。本发明利用具有快速加热、快速凝固、柔性制造、易实现自动化等特点的激光-感应复合熔化热源,将粉末喷嘴喷射出的合金粉末熔化,并将镀有镍层的纤维包覆起来,结合分层切片技术形成纤维增强金属基复合材料结构件。
本发明是这样来实现的,其方法与步骤为:
(1)利用专用CAD软件生成纤维增强金属基复合材料零件的三维CAD实体模型,然后切割成若干相互平行的薄片,实现将零件的三维立体数据转换成一系列的二维平面数据,并在数控加工台上生成激光-感应复合熔化热源的扫描路径;
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