[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装置

说明书

本发明公开了一种激光‑感应复合熔化沉积纤维增强金属基复合材料的装置，该装置由半导体激光器、同轴自动送粉器、高频感应加热器、专用纤维编织模版、加工机床与数控系统组成，其中专用纤维编织模版由两个完全相同的具有群孔的304不锈钢板组成，其中一块304不锈钢板固定于激光器的加工头上，另一块304不锈钢板固定于基材上，由数控系统统一控制半导体激光器的扫描速度、激光功率、扫描路径、分层切片厚度、感应加热温度与自动送粉器的粉末流量。采用本发明的装置，可以在高效率、低成本的条件下，制备纤维增强金属基复合材料结构件；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之间距离可调可控；纤维增强金属基复合材料显微组织致密，无气孔与裂纹，实现纤维增强金属基复合材料的激光‑感应复合熔化沉积。

技术领域

本发明涉及一种激光-感应复合熔化沉积的装置，它特别适合于制备纤维增强金属基复合材料。

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，尤其是专用于制备纤维增强金属基复合材料的激光-感应复合熔化沉积装置还未见文献公开报道。

发明内容