一种叠层阵列孔金属箔铺粉复合材料制造方法技术

本发明专利技术提供一种叠层阵列孔金属箔铺粉复合材料制造方法，属于增材制造领域，本发明专利技术以带有一定数量孔的金属箔作为复合材料的基材，在孔内铺金属、陶瓷等粉末作为增强体进行叠层，利用数字化切片加工一体成形，通过烧结实现增材制造，通过扩散反应形成复合材料产品。预防了激光增材制造过程中的粉末飞溅，提高了零部件的成形质量，金属基复合材料各向异性，每个部位性能和实现功能不同，极大地增加了应用场景，优化叠层增材制造工艺，节约成本和时间，制造速度快，制造的复合材料综合力学性能优异，同时剩余的基材材料和增强体材料不会混合，原料回收率高，有效降低了增材制造的成本。有效降低了增材制造的成本。有效降低了增材制造的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种叠层阵列孔金属箔铺粉复合材料制造方法


[0001]本专利技术属于增材制造领域，具体涉及一种叠层阵列孔金属箔铺粉复合材料制造方法。

技术介绍

[0002]增材制造技术，是一种新型的制备技术，广泛应用于高性能汽车、航空航天、医疗设备等领域。与传统的制造技术相比，增材制造技术可以完美地制备出结构复杂零件，而无需复杂的工艺过程和设备，具有生产周期短、节省生产材料和有利于复杂形状零件生产等优点，提高了材料的生产率和利用率。目前可以打印金属基复合材料的增材制造技术很少，其成型材料主要为丝材，粉末和薄板材料(金属箔)。丝材价格便宜，但是零件表面质量差。粉末可成形结构复杂，性能优良的金属零件，但粉末价格昂贵，易燃易爆，不易保存。薄板材料(金属箔)成形速度快，价格便宜，材料不存在混合及回收问题，但成型产品表面质量差。要想得到结构复杂，性能优良的金属基复合材料，并且节约成本，可以将金属箔和粉末共同作为成型材料。目前，缺少将金属箔和粉末结合作为成型材料的增材制造技术。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的成形零件质量差、制备零件结构简单、制造成本高等的问题，本专利技术提供一种叠层阵列孔金属箔铺粉复合材料制造方法，目的是节约成本和资源，安全有效，提高制造速度，制造结构复杂、性能优良的金属基复合材料。
[0004]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
[0005]一种叠层阵列孔金属箔铺粉复合材料制造方法，按以下步骤进行：
[0006]步骤1：准备金属箔，制备带孔的金属箔；
[0007]密闭成形室充入惰性气体，在密闭成形室的平整基板上平铺一层具有厚度的金属箔，在金属箔上开一定数量的孔，根据复合材料的要求按照预定的阵列排列方式有规律的进行开孔，将带孔的金属箔吸附在基板上；
[0008]步骤2：制备复合材料预制品；
[0009]将带孔的金属箔作为复合材料的基体，在孔内铺粉末作为增强体，用刮板系统对粉末进行平整，将粉末和金属箔的厚度保持一致，在上一层基体上再铺一层开孔的金属箔，开孔位置与上一层孔错开或者重合一部分，但是不完全重合，在本层基体孔内再铺増强体粉末，再用刮板系统对粉末进行平整，将粉末和金属箔的厚度保持一致，如此反复铺带孔的金属箔和増强体粉末，最终达到预定的厚度，得到复合材料预制品；
[0010]步骤3：制备金属基复合材料；
[0011]将S2得到的复合材料预制品进行加压，将金属箔和陶瓷粉末压实，压力范围为10
‑
150MPa，在氩气保护下，在烧结炉中进行烧结，烧结温度为300
‑
2000℃，通过扩散反应形成金属基复合材料产品。
[0012]在本专利技术中，步骤S1中所述金属箔的厚度为1微米
‑
10毫米。
[0013]在本专利技术中，步骤S1中所述金属箔的开孔规律根据复合材料的要求按照预定的直径、密度、间距、阵列方式进行开孔。
[0014]在本专利技术中，所述金属箔的开孔规律按照圆心位于正方形基体的角上或者蜂窝状正六边形基体的每个角上。
[0015]在本专利技术中，步骤S2中预定的厚度范围为金属箔叠铺2
‑
10000层。
[0016]在本专利技术中，步骤S1中所述金属箔包括Al、Mg、Cu、Ti、Ni及其合金以及钢铁材料。
[0017]在本专利技术中，步骤S2中所述增强体粉末包括各种金属、合金以及陶瓷粉末。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的特点和有益效果是：
[0019]本专利技术涉及一种叠层阵列孔金属箔铺粉复合材料制造方法，基于激光增材制造技术，将带孔金属箔和金属/陶瓷粉末结合后，利用数字化切片加工一体成形，通过加压、烧结实现增材制造，通过扩散反应形成复合材料产品，预防了激光增材制造过程中的粉末飞溅，提高了零部件的成形质量，金属基复合材料各向异性，每个部位性能和实现功能不同，极大地增加了应用场景。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的工艺方法的流程图；
[0021]图2为实施例1的带孔金属箔的结构图；
[0022]图3为实施例2的带孔金属箔的结构图；
[0023]图4为实施例3的带孔金属箔的结构图；
[0024]图5为实施例4的零件三维结构图；
[0025]图6为实施例4的带孔金属箔的结构图。
具体实施方式
[0026]实施例1
[0027]本实施例是以Al金属箔作为复合材料的基体，SiC粉末为复合材料的增强体，借助增材制造技术，制备性能较好的零部件。
[0028]如图1所示，一种叠层阵列孔金属箔铺粉复合材料制造方法，按以下步骤进行。
[0029]S1、准备金属箔，制备带孔的金属箔；
[0030]密闭成形室充入惰性气体氦气，在平整基板上平铺一层厚度为10μm、大小为60mm
×
40mm的Al金属箔，按照图2中a开孔规律，在Al金属箔上开3个直径为10mm的圆孔，将带孔的Al金属箔吸附在基板上。
[0031]S2、制备复合材料预制品；
[0032]将纯度为99.99％、平均粒径100nm的SiC粉末放入球磨机中，以800rpm研磨5小时，随后放入60℃真空烘箱烘干3h，在圆孔内铺一层SiC粉末，用刮板系统(ZXG
‑
I)对粉末进行平整，将SiC粉末和Al金属箔的厚度保持一致，在上一层Al金属箔上铺一层厚度为10μm、大小为60mm
×
40mm的Al金属箔，按照图2中b开孔规律，在Al金属箔上开3个直径为10mm的圆孔，在本层Al金属箔孔内再铺増强体SiC粉末，再用刮板系统对粉末进行平整，将SiC粉末和Al金属箔的厚度保持一致，按照以上规律一共铺1000层，得到铝基复合材料预制品。
[0033]S3、制备金属基复合材料；
[0034]将得到的铝基复合材料预制品用小型台式电动连续压片机器将金属箔和陶瓷粉末压实，压力为50MPa，以500℃进行烧结，通过扩散反应形成复合材料产品。
[0035]实施例2
[0036]本实施例是以Al金属箔和Ti金属箔作为复合材料的基体，Al2O3粉末和SiC粉末为复合材料的增强体，借助增材制造技术，制备性能较好的零部件。
[0037]如图1所示，一种叠层阵列孔金属箔铺粉复合材料制造方法，按以下步骤进行。
[0038]S1、准备金属箔，制备带孔的金属箔；
[0039]密闭成形室充入惰性气体氖气，在平整基板上平铺一层厚度为0.5mm、大小为50mm
×
50mm的Al金属箔，按照图3中a开孔规律，在Al金属箔上开13个直径为10mm的圆孔，真空吸附平台抽真空，将Al金属箔吸附在基板上。
[0040]S2、制备复合材料预制品；
[0041]陶瓷粉末为纯度99.99％、平均粒径为40nm的SiC粉末和纯度为99.9％、平均粒径为1μm的Al2O3粉末分别放入球磨机中，以700rpm研磨4小时，随后放入60℃真空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叠层阵列孔金属箔铺粉复合材料制造方法，其特征在于，按照以下步骤进行：步骤1：准备金属箔，制备带孔的金属箔，密闭成形室充入惰性气体，在密闭成形室的平整基板上平铺一层具有厚度的金属箔，在金属箔上开一定数量的孔，根据复合材料的要求按照预定的阵列排列方式有规律的进行开孔，将带孔的金属箔吸附在基板上；步骤2：制备复合材料预制品，将带孔的金属箔作为复合材料的基体，在孔内铺粉作为增强体，用刮板系统对粉末进行平整，将粉末和金属箔的厚度保持一致，在上一层基体上再铺一层开孔的金属箔，开孔位置与上一层孔错开或者重合一部分，但是不完全重合，在本层孔内再铺増强体粉末，再用刮板系统对粉末进行平整，将粉末和金属箔的厚度保持一致，如此反复铺金属箔和増强体粉末，最终达到预定的厚度，得到复合材料预制品；步骤3：制备金属基复合材料，将步骤2得到的复合材料预制品进行加压、烧结，通过扩散反应形成金属基复合材料产品。2.根据权利要求1所述的叠层阵列孔金属箔铺粉复合材料制造方法，其特征在于，所述金属箔的厚度为1微米
‑
10毫米。3.根据权利要求1所述的叠层阵列孔金属箔铺粉复合材料制造方法，其特征在于，所述金属箔包括Al、Mg、Cu、Ti、Ni及...

【专利技术属性】
技术研发人员：王继杰，佟金玲，刘兴民，张洪宁，农智升，刘亚光，王阜卉，卢少微，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：