一种金属多孔材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属多孔材料的制备方法，该金属多孔材料包括具有三维网格结构的框架和嵌套于所述三维网格结构内部的多孔烧结体；该制备方法包括以下步骤：一、建立框架的三维实体模型；二、切层处理得到二维切片层；三、将二维切片层的数据导入快速成型机中，利用增材制造方法制备金属多孔材料的框架；四、高温烧结制备多孔烧结体后得到金属多孔材料。本发明专利技术结合增材制造方法和高温烧结的工艺过程，制备出的金属多孔材料由具有三维网格结构的框架和嵌套于所述三维网格结构内部的多孔烧结体组成，该方法发挥了两种制备工艺的优势，能够制备出满足多种特殊要求的高强度结构金属多孔材料。

【技术实现步骤摘要】
一种金属多孔材料的制备方法
本专利技术属于金属材料制备
，具体涉及一种金属多孔材料的制备方法。
技术介绍
金属多孔材料的结构特点使其同时具备了结构材料和功能材料的特性。作为结构材料,它具有轻质、高比强度、高比刚度的特点，作为功能材料,它具有阻尼、吸声、散热、能量吸收、电磁屏蔽、阻燃等多种功能，所以在过滤、分离、表面燃烧、流态化布气、减震降噪、相变换热等领域具有广泛的应用价值，而如何通过孔结构的设计使金属多孔结构更好地满足使用要求是金属多孔材料领域永恒的话题。传统金属多孔材料的孔结构包括开孔、闭孔、球形孔、非球形孔、任意孔及规则孔等。传统制备技术主要分为粉末冶金技术与熔炼发泡技术，其中粉末冶金技术主要得到微米级非球形开孔结构，发泡技术主要得到毫米级球形闭孔结构，这两种孔结构均由大小不一的孔隙组成，孔径分布通常为正态分布。增材制造方法是按照构件的三维数字化图形，逐点逐线逐层实现材料快速堆积成形的新工艺、新方法，具有直接性、快速性、准确性及擅长制作复杂形状实体的特性，在金属多孔材料制备上具有明显的优势。其中以铺粉法为送料方式的粉床增材制造方法因其成形精度高的优点，应用更为广泛。近年来，人们用增材制造方法制备了多种孔结构的金属多孔材料，但是，此种方法多用于制备毫米级孔，在直接成形微米级孔方面存在一定限制，比如，孔道内部会有一定的残余粉末，需利用高压气体将其吹出，如果孔径很小会造成粉末去除困难，且该方法本身很难成形很小如微米级的孔。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种金属多孔材料的制备方法，该方法结合增材制造方法和高温烧结的工艺过程，制备出的金属多孔材料由具有三维网格结构的框架和嵌套于所述三维网格结构内部的多孔烧结体组成，该方法发挥了两种制备工艺的优势，制备出可满足多种特殊要求的高强度结构金属多孔材料。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种金属多孔材料的制备方法，其特征在于：该金属多孔材料包括具有三维网格结构的框架和嵌套于所述三维网格结构内部的多孔烧结体，该制备方法包括以下步骤：步骤一、根据所要制备的金属多孔材料中框架的形状和尺寸，利用三维建模软件在计算机中建立框架的三维实体模型；步骤二、将步骤一中所述三维实体模型的数据导入切层软件中，对三维实体模型进行切层处理，得到二维切片层；步骤三、将步骤二中所述二维切片层的数据导入快速成型机中，选择与所要制备的金属多孔材料材质相同的金属粉末为原料，利用增材制造方法制备金属多孔材料的框架；所述增材制造方法中的铺粉厚度为0.05mm～0.2mm；步骤四、根据所要制备的金属多孔材料框架内部多孔烧结体的设计要求保留框架中三维网格结构内部的金属粉末，然后将所述框架置于烧结炉内，在真空度不小于10-2Pa的条件下进行高温烧结，随炉冷却后得到金属多孔材料；所述高温烧结的温度为金属粉末熔点的0.8～0.9倍，所述高温烧结的时间为2h～4h。上述的一种金属多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤三中所述快速成型机为电子束快速成型机。上述的一种金属多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤三所述增材制造方法中的预热过程的工艺参数为：预热温度为500℃～800℃，电子束的束流强度为10mA～40mA；步骤三所述增材制造方法中的成形过程的工艺参数为：电子束的扫描速度为200mm/s～5000mm/s，电子束的束流强度为20mA～35mA。上述的一种金属多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤三中所述快速成型机为激光快速成型机。上述的一种金属多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤三中所述增材制造方法的工艺参数为：激光扫描速度为5mm/s～30mm/s，激光功率为350W～500W。上述的一种金属多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤一中所述三维建模软件为AutoCAD软件。上述的一种金属多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤二中所述切层软件为NetFabb软件或Magics软件。上述的一种金属多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤三中所述金属粉末为粒径小于150μm的球形金属粉末。上述的一种金属多孔材料的制备方法，其特征在于：所述三维网格结构的网格尺寸为(0.5mm～2mm)×(0.5mm～2mm)×(0.5mm～2mm)，所述多孔烧结体中微孔的平均孔径为10μm～100μm。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术根据增材制造方法具有直接性、快速性、准确性及擅长制作复杂形状实体的特性的这一特点，将增材制造方法与高温烧结的工艺相结合，采用增材制造方法成形具有微米级的三维网格结构的框架，三维网格结构内部残留粉末保留，经高温烧结形成具有微米级孔的多孔烧结体，该方法发挥了两种制备工艺的优势，制备出可满足多种特殊要求的高强度结构金属多孔材料。2、本专利技术中采用增材制造方法制备的框架中三维网格大小、形貌、分布(如多层、梯度等)等可根据需要任意调整，在采用增材制造方法成形出框架后，根据需要保留三维网格内全部或部分原料，然后置于烧结炉内进行高温烧结，在烧结过程中三维网格结构内的金属粉末互相粘结，形成多孔烧结体，最终形成框架的三维网格结构内部嵌套多孔烧结体的新型孔结构材料，高温烧结的工艺制备微孔解决了增材制造方法在制备小孔或微孔时的困难。3、本专利技术可以自由调整框架中三维网格结构的类型、大小以及内部多孔烧结体的分布，进而满足不同工况下的使用要求。4、本专利技术制备金属多孔材料中的框架可作为加强筋，提高材料的力学性能，多孔烧结体内部的细小微米级孔具有减震、吸音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽、阻燃等物理性能，该金属多孔材料的多孔结构可用于过滤、分离、表面燃烧、流态化布气等领域。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术实施例1建立的金属多孔材料的三维实体模拟示意图。图2为本专利技术实施例1制备的金属多孔材料的扫描电镜照片。图3为本专利技术实施例1制备的金属多孔材料中多孔烧结体的扫描电镜照片。图4为本专利技术实施例2建立的金属多孔材料的三维实体模拟示意图。图5为本专利技术实施例3建立的金属多孔材料的三维实体模拟示意图。图6为本专利技术实施例4在髋关节臼杯表面建立金属多孔材料的三维实体模拟示意图。具体实施方式实施例1本实施例所要制备的金属多孔材料的材质为NiCr合金，具体规格为30mm(长)×30mm(宽)×3mm(高)，该金属多孔材料包括具有三维网格结构的框架和嵌套于所述框架的全部三维网格结构内部的多孔烧结体，所述三维网格结构的网格尺寸为1mm×1mm×1mm，所述多孔烧结体中微孔的平均孔径约为30μm～100μm，该金属多孔材料可应用于气固分离材料。本实施例所要制备的金属多孔材料的三维实体模型如图1所示，其具体制备方法包括以下步骤：步骤一、根据所要制备的金属多孔材料中框架的形状和尺寸，利用三维建模软件在计算机中建立框架的三维实体模型；所述三维建模软件优选为AutoCAD软件；步骤二、将步骤一中所述三维实体模型的数据导入切层软件中，对三维实体模型进行切层处理，得到二维切片层；所述切层软件优选为NetFabb软件；步骤三、将步骤二中所述二维切片层的数据导入电子束快速成型机中，选择NiCr合金粉末为原料，利用增材制造方法在真空度不小于5×10-2Pa的条件下制备金属多孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属多孔材料的制备方法，其特征在于：该金属多孔材料包括具有三维网格结构的框架和嵌套于所述三维网格结构内部的多孔烧结体，该制备方法包括以下步骤：步骤一、根据所要制备的金属多孔材料中框架的形状和尺寸，利用三维建模软件在计算机中建立框架的三维实体模型；步骤二、将步骤一中所述三维实体模型的数据导入切层软件中，对三维实体模型进行切层处理，得到二维切片层；步骤三、将步骤二中所述二维切片层的数据导入快速成型机中，选择与所要制备的金属多孔材料材质相同的金属粉末为原料，利用增材制造方法制备金属多孔材料的框架；所述增材制造方法中的铺粉厚度为0.05mm～0.2mm；步骤四、根据所要制备的金属多孔材料框架内部多孔烧结体的设计要求保留框架中三维网格结构内部的金属粉末，然后将所述框架置于烧结炉内，在真空度不小于10‑2Pa的条件下进行高温烧结，随炉冷却后得到金属多孔材料；所述高温烧结的温度为金属粉末熔点的0.8～0.9倍，所述高温烧结的时间为2h～4h。

【技术特征摘要】
1.一种金属多孔材料的制备方法，其特征在于：该金属多孔材料包括具有三维网格结构的框架和嵌套于所述三维网格结构内部的多孔烧结体，该制备方法包括以下步骤：步骤一、根据所要制备的金属多孔材料中框架的形状和尺寸，利用三维建模软件在计算机中建立框架的三维实体模型；步骤二、将步骤一中所述三维实体模型的数据导入切层软件中，对三维实体模型进行切层处理，得到二维切片层；步骤三、将步骤二中所述二维切片层的数据导入快速成型机中，选择与所要制备的金属多孔材料材质相同的金属粉末为原料，利用增材制造方法制备金属多孔材料的框架；所述增材制造方法中的铺粉厚度为0.05mm～0.2mm；步骤四、根据所要制备的金属多孔材料框架内部多孔烧结体的设计要求保留框架中三维网格结构内部的金属粉末，然后将所述框架置于烧结炉内，在真空度不小于10-2Pa的条件下进行高温烧结，随炉冷却后得到金属多孔材料；所述高温烧结的温度为金属粉末熔点的0.8～0.9倍，所述高温烧结的时间为2h～4h。2.按照权利要求1所述的一种金属多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤三中所述快速成型机为电子束快速成型机。3.按照权利要求2所述的一种金属多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤三所述增材制造方法中的预热过程的工艺参...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤慧萍，杨广宇，贾亮，刘楠，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61