一种基于液态金属3D打印的径向复合铝合金板的制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术的实施例提供了一种基于液态金属3D打印的径向复合铝合金板的制备方法和装置，涉及金属材料技术领域。该制备方法包括：将第一合金熔体和第二合金熔体分别喷至真空环境下的打印室中竖直设置有预热后的芯材板的冷却平台上，以使第一合金熔体和第二合金熔体于芯材板的两侧冷凝成型为复合铝合金板。本申请中高温熔体与冷却平台接触时，发生瞬间冷凝，与预热后的芯材板接触时，形成有冶金结合过渡区的致密沉积层。按照设定路径，循环往复扫描，可以实现将合金熔体与芯材板逐层凝固堆积，从而形成性能优异，结合界面稳定，结合力度强的复合铝合金板。本申请提供的装置可以实现上述制备方法，操作简单。操作简单。操作简单。

【技术实现步骤摘要】
一种基于液态金属3D打印的径向复合铝合金板的制备方法和装置


[0001]本专利技术涉及金属材料
，具体而言，涉及一种基于液态金属3D打印的径向复合铝合金板的制备方法和装置。

技术介绍

[0002]铝合金复合材料是铝合金复合板、复合板、复合带的统称。它是制造汽车空调器、中冷器、油冷器、暖风机及空分设备、电器元件散热器、干手器、飞机散热器等钎焊式散热器的关键原材料。复合铝材是增长速度最快的车用铝材，由于常规铝合金由于性能单一，不能很好满足车用材料要求具有高强度的同时又兼备耐蚀(装饰)、可焊、易成形等综合性能。因此，具有可设计的综合性能的复合铝材成为车用铝合金发展的重要方向。
[0003]目前，铝合金材料的生产方法主要有芯材铸锭与皮材板块复合热轧法、冷轧复合法、反向凝固法、复合锭热轧法等四种。其中，热轧复合法仍是全球铝复合板生产中最为成熟、使用最广泛的工艺，该工艺是指将芯材铸锭和双面包覆的皮材以一定的包覆比叠合在一起，并在一定的温度和压力条件下实现二者结合的一种加工方法。但该工艺生产流程复杂，需对芯材锭坯与轧制包覆皮材板分别进行表面处理，通常采用碱、酸浸蚀法彻底清除氧化膜，芯材锭与皮材板配对后选择几个部位将它们用电弧焊焊合在一起，然后进行轧制。该工艺最终获得的铝复合板存在结合强度不高，特别是在界面处往往存在杂质和氧化物，更加严重地影响结合强度，及截面弯曲和加工道次多，成材率低等问题，因此显著影响复合铝合金板带材的质量和效益。
[0004]冷轧复合工艺是凭借大压下量将芯材和双面包覆的皮材以一定的包覆比冷轧重叠，使它们产生原子结合或榫扣嵌合，并通过随后的扩散退火，使之强化的一种加工方法。冷轧复合的三个主要工序即表面处理、冷轧复合和扩散退火。冷轧复合虽然省去了热轧复合的多道次轧制工序，可以从冷轧带坯开始生产，能够成卷轧制，并且组元层间的厚度比较均匀，尺寸精确，性能稳定。但是由于制造复合钎焊铝板的包覆材料主要是亚共晶Al
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Si系合金，Si含量范围在9％～11％之间，而且呈粗大针状分布在铝基体中，致使该类合金的塑性极差，因而不容易获得冷轧复合所需较薄的包覆带材，从而使复合钎焊铝板的冷轧复合应用受到了一定程度的限制。冷轧复合目前主要应用于钢
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铝复合板生产。反向凝固复合法是让一定厚度的基材从反向凝固器内的铝合金熔液中通过，使基材表面附近的铝合金熔液迅速降温，在基材表面凝固形成新生相，并在新生相还处于半凝固状态时进行轧制，得到表面平整和厚度均匀的热轧薄带。反向凝固法具有成本低、能耗低、连续自动化和低污染的优点，但由于在界面处存在合金元素的扩散，因而会造成成品高温抗塌陷性能降低，从而影响成品的综合性能，因此，也没有得到工业化的应用。复合铸锭热轧法主要有电磁控制法、双结晶器法、充芯连铸法等，但都不同程度存在弊端，不能实现工业化的应用。
[0005]鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的包括，例如，提供了一种基于液态金属3D打印的径向复合铝合金板的制备方法和装置。
[0007]本专利技术的实施例可以这样实现：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种基于液态金属3D打印的径向复合铝合金板的制备方法，包括：
[0009]将第一合金熔体和第二合金熔体分别喷至打印室中竖直设置有预热后的芯材板的冷却平台上，以使所述第一合金熔体和所述第二合金熔体于所述芯材板的两侧冷凝成型为第一表层和第二表层；所述第一表层、所述芯材板和所述第二表层形成复合铝合金铸锭，经后处理获得复合铝合金板。
[0010]在可选的实施方式中，成型所述第一表层和所述第二表层包括：
[0011]采用连接至所述打印室的第一侧壁和所述第二侧壁以限定所述第一表层和所述第二表层的厚度；所述第一侧壁和所述第二侧壁位于所述芯材板的两侧，所述芯材板的一侧与所述第一侧壁和所述冷却平台围成用于盛接所述第一合金熔体的第一成型区，所述芯材板的另一侧与所述第二侧壁和所述冷却平台围成用于盛接所述第二合金熔体的第二成型区；
[0012]所述第一合金熔体和所述第二合金熔体分别喷至所述第一成型区和所述第二成型区内，水平移动所述冷却平台以形成高度为δ的半固态区熔覆层，将所述冷却平台向下移动δ的距离，所述第一合金熔体和所述第二合金熔体再次喷至所述第一成型区和所述第二成型区内，重复多次以形成所述第一表层和所述第二表层；
[0013]优选地，所述冷却平台的水平移动速度v≤50mm/s；
[0014]优选地，所述冷却平台水平移动的道次间距d≤10mm/道次；
[0015]优选地，所述第一侧壁和所述第二侧壁内分别设置有用于对喷出的所述第一合金熔体和所述第二合金熔体进行冷却的冷却器。
[0016]在可选的实施方式中，所述芯材板的预热温度为300
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450℃；
[0017]优选地，在喷入所述第一合金熔体和所述第二合金熔体之前对所述芯材板的高度为δ的待结合区域进行预热；随后喷入所述第一合金熔体和所述第二合金熔体，当所述冷却平台向下移动δ的距离后，再次对所述芯材板的高度为δ的待结合区域进行预热，重复多次以完成对所述芯材板的所有区域进行预热；
[0018]优选地，所述第一合金熔体和所述第二合金熔体的加热温度为600
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800℃；
[0019]优选地，所述冷却平台和冷却器采用冷却水对其表面的熔体进行冷却，所述冷却平台的冷却水的出口温度小于30℃。
[0020]在可选的实施方式中，所述第一表层和所述第二表层的厚度比例为1：1～1：2；
[0021]优选地，所述第一表层的厚度占所述复合铝合金板的总厚度的百分率为10
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20％；
[0022]优选地，所述第二表层的厚度占所述复合铝合金板的总厚度的百分率为10
‑
20％。
[0023]在可选的实施方式中，所述第一合金熔体和所述第二合金熔体在喷出打印之前还包括进行除气净化处理和细化剂细化处理；
[0024]优选地，采用Al
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Ti
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B丝进行晶粒细化，加入量为1.0
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3.0kg/t熔体。
[0025]在可选的实施方式中，对所述复合铝合金铸锭进行后处理包括：对所述复合铝合
金铸锭进行均匀化处理；
[0026]优选地，均匀化处理后还包括对所述复合铝合金铸锭进行加热，而后进行热轧，获得热轧板坯，接着将所述热轧板坯进行冷轧至成品厚度，获得所述复合铝合金板。
[0027]第二方面，本专利技术提供一种基于液态3D打印的径向复合铝合金板的装置，其包括第一熔体储存室、第二熔体储存室和打印室，所述打印室内设置有冷却平台和用于带动所述冷却平台运动的运动平台，所述冷却平台上设置有用于安装芯材板的安装部，所述第一熔体储存设置有第一喷嘴，所述第二熔体储存室设置有第二喷嘴，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴伸入所述打印室且朝向所述冷却平台。
[0028]在可选的实施方式中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液态金属3D打印的径向复合铝合金板的制备方法，其特征在于，包括：将第一合金熔体和第二合金熔体分别喷至真空环境下的打印室中竖直设置有预热后的芯材板的冷却平台上，以使所述第一合金熔体和所述第二合金熔体于所述芯材板的两侧冷凝成型为第一表层和第二表层；所述第一表层、所述芯材板和所述第二表层形成复合铝合金铸锭，经后处理获得复合铝合金板。2.根据权利要求1所述的基于液态金属3D打印的径向复合铝合金板的制备方法，其特征在于，成型所述第一表层和所述第二表层包括：采用连接至所述打印室的第一侧壁和第二侧壁以限定所述第一表层和所述第二表层的厚度；所述第一侧壁和所述第二侧壁位于所述芯材板的两侧，所述芯材板的一侧与所述第一侧壁和所述冷却平台围成用于盛接所述第一合金熔体的第一成型区，所述芯材板的另一侧与所述第二侧壁和所述冷却平台围成用于盛接所述第二合金熔体的第二成型区；所述第一合金熔体和所述第二合金熔体分别喷至所述第一成型区和所述第二成型区内，水平移动所述冷却平台以形成高度为δ的半固态区熔覆层，将所述冷却平台向下移动δ的距离，所述第一合金熔体和所述第二合金熔体再次喷至所述第一成型区和所述第二成型区内，重复多次以形成所述第一表层和所述第二表层；优选地，所述冷却平台的水平移动速度v≤50mm/s；优选地，所述冷却平台水平移动的道次间距d≤10mm/道次；优选地，所述第一侧壁和所述第二侧壁内分别设置有用于对喷出的所述第一合金熔体和所述第二合金熔体进行冷却的冷却器。3.根据权利要求2所述的基于液态金属3D打印的径向复合铝合金板的制备方法，其特征在于，在将所述芯材板安装于真空环境下的所述打印室后再进行预热；优选地，在安装所述芯材板之前对所述芯材板进行铣面；优选地，所述芯材板的预热温度为300
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450℃；优选地，在喷入所述第一合金熔体和所述第二合金熔体之前对所述芯材板的高度为δ的待结合区域进行预热；随后喷入所述第一合金熔体和所述第二合金熔体，当所述冷却平台向下移动δ的距离后，再次对所述芯材板的高度为δ的待结合区域进行预热，重复多次以完成对所述芯材板的所有区域进行预热；优选地，所述第一合金熔体和所述第二合金熔体的加热温度为600
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800℃；优选地，所述冷却平台和所述冷却器均采用冷却水对其表面的熔体进行冷却，所述冷却平台和所述冷却器的冷却水的出口温度均小于30℃；优选地，所述真空环境中的压力为
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30～
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90kPa。4.根据权利要求1所述的基于液态金属3D打印的径向复合铝合金板的制备方法，其特征在于，所述第一表层和所述第二表层的厚度比例为1：1～1：2；优选地，所述第一表层的厚度占所述复合铝合金板的总厚度的百分率为10
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20％；优选地，所述第二表层的厚度占所述复...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜海涛，张佼，邢辉，东青，王玉杰，隽永飞，崔永军，吴越，
申请(专利权)人：昆山晶微新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：