一种梯度合金制作方法技术

本发明专利技术公开了一种梯度合金制作方法，该梯度合金至少由具有高阻尼的第一合金、和具有耐蚀性的第二合金3D打印一体成型，该第一合金由能够降低设备运行时产生的低频噪音的锰铜合金制成；该第二合金由耐海水腐蚀的镍铝青铜合金制成；其特点是：在第一、二合金之间，形成有具有良好冶金结合性和界面强度的3D打印结合层，该3D打印结合层既是第一合金到第二种合金的材料过渡区；该3D打印结合层通过调整结合层处每个子层中第一、二合金的占比，达到模糊材料过渡区不同种类合金的热膨胀系数、缓解沉积过程中的热应力失配的目标。本发明专利技术将3D打印梯度合金应用于螺旋桨的制造，实现了既能保证高阻尼性、又能保证高耐腐蚀性、以及制作过程高安全性的问题。安全性的问题。安全性的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种梯度合金制作方法


[0001]本专利技术属于合金制作
，尤其涉及一种梯度合金制作方法。

技术介绍

[0002]船舶航行时产生的低频振动是海洋噪声污染的主要来源，对海洋生物造成极大伤害。同时，振动对声呐设备的探测精度会形成干扰，影响设备运行精度，造成探测信息不准确、背噪干扰严重等问题。海洋平台或船舶中大型机械设备轴系振动是船舶噪音主要来源之一。该轴系振动设备包括电机底座、联轴器、轴承座、螺旋桨。
[0003]以螺旋桨为例，传统降噪方式主要采用高锰合金制造螺旋桨以减少振动噪声，但高锰合金在海洋高盐环境中耐蚀性较差，桨叶部分在运行时还受到空泡腐蚀问题。针对上述问题，当前主要采用降低合金中锰含量牺牲部分阻尼性而提高耐蚀性的中锰合金制造螺旋桨，采用搅动摩擦焊、热喷涂等方法在零件表面形成保护层，以提高抗蚀性。不论采用高锰合金制造螺旋桨，其制造工艺要求较高，锰铜合金在铸造过程中具有易产生断裂的问题，并且可加工性较差等问题，导致成本较高，在民用领域难以推广。传统铸造大型零件还面临大量的内部缺陷问题，如缩孔缩松、皮下气孔、冷隔、机械粘砂、夹渣、夹砂等，同时，铸造方法无法进行梯度合金制造。
[0004]综上，采用传统方法制造海洋平台或船舶中大型机械轴系设备的难点在于：如果采用高锰合金制造轴系设备以减少振动噪声，但是高锰合金耐腐蚀性差；如果以牺牲阻尼性为代价、将高锰合金变为中锰合金，虽然提高了耐腐蚀性，但也牺牲了阻尼性；并且上述两种方法都存在一个致命的缺陷就是在制造过程中容易产生断裂。

技术实现思路
/>[0005]本专利技术为解决现有技术存在的问题，提出一种梯度合金制作方法，目的在于解决现有技术若采用高锰合金制造海洋平台或船舶中大型机械轴系设备则耐腐蚀性差、若采用中锰合金制造海洋平台或船舶中大型机械轴系设备则牺牲了阻尼性、且不论是高锰合金还是中锰合金在制造过程中容易产生断裂的难题。
[0006]本专利技术为解决其技术问题提出以下技术方案：
[0007]一种梯度合金制作方法，该梯度合金至少由具有高阻尼的第一合金、和具有耐蚀性的第二合金3D打印一体成型，该第一合金由能够有效抑制机械振动、降低设备运行时产生的低频噪音的锰铜合金制成；该第二合金由耐海水腐蚀、耐生物污损的镍铝青铜合金制成；其特征在于：
[0008]在第一合金和第二合金之间，形成有具有良好冶金结合性和界面强度的3D打印结合层，该3D打印结合层既是第一合金到第二种合金的材料过渡区；该3D打印结合层通过调整结合层处每个子层中第一合金和第二合金的占比，达到模糊材料过渡区不同种类合金的热膨胀系数、缓解沉积过程中的热应力失配、提高过渡结合处的力学性能的目标。
[0009]进一步地，该第一合金锰铜合金材料选自M2052、2310中高锰含量的M2052合金，其
中，锰含量在70％以上。
[0010]进一步地，该第二合金镍铝青铜材料选自QAl
‑9‑
4，QAl9
‑4‑4‑
2，QAl
‑9‑4‑
4中的QAl
‑9‑4‑
4合金。
[0011]进一步地，所述3D打印结合层采用多组分同轴送粉3D打印技术成型，该多组分同轴送分3D打印设备至少包括：用于装载第一合金粉末的第一储粉仓、以及用于装载第二合金粉末的第二储粉仓，根据结合层的每一子层合金成分的不同，实时调整对应结合层处每一子层合金成分的3D打印设备的送粉量和送粉速度。
[0012]进一步地，所述实时调整结合层处每一子层合金成分的3D打印设备的送粉量和送粉速度，具体过程如下：
[0013]1)根据当前结合层的厚度，将结合层细分成n个子层、且每一子层的厚度为280
‑
300μm；
[0014]2)结合层处的每个子层至少由第一合金和第二合金组成，且每一子层的第一合金和第二合金占比不同；
[0015]3)第一合金在每一层中的占比按照从大到小均匀排布，第二合金在每一层中的占比按照从小到大均匀排布；
[0016]4)调整结合层处的每一子层第一储粉仓和第二储粉仓的3D打印设备送粉量和送粉速度，使得第一合金在每一层中的占比按照从大到小均匀排布、第二合金在每一层中的占比按照从小到大均匀排布。
[0017]进一步地，各部分合金成分具有可设置性，可根据不同的使用环境进行设计与优化，各梯度成分可以均匀渐变。
[0018]本专利技术的优点效果
[0019]1、本专利技术通过设置3D打印梯度合金(该3D打印梯度合金由第一合金锰铜合金、结合层、第二合金镍铝青铜合金组成)，解决了海洋工程领域如海洋移动平台、海底管道系统、船舶系统既要减少振动噪声、又要解决空泡腐蚀的技术难题。通过采用3D打印技术沉积出锰铜合金结构的电机底座、联轴器、轴承座、螺旋桨桨毂等形状，并进行固溶
‑
时效处理，通过锰铜合金的高阻尼特性，有效抑制了电机底座、联轴器、轴承座机械振动产生的噪音；同时，在固溶
‑
时效处理后的电机底座、联轴器、轴承座的锰铜合金上沉积结合层，再在结合层表面打印电机底座、联轴器、轴承座的防护涂层
‑‑
镍铝青铜合金，用镍铝青铜合金的高盐环境耐蚀性作为锰铜合金的保护层，防止盐雾对锰铜合金的腐蚀，有效降低腐蚀疲劳，提高工程设备使用寿命。
[0020]2、本专利技术将3D打印梯度合金应用于螺旋桨的制造，实现了既能保证桨毂的高阻尼性、又能保证桨叶高耐腐蚀性、还能保证制造过程中不会产生锻造裂纹的高安全性。保证桨毂的高阻尼性解决了海洋噪声污染主要来源是船舶航行时产生的低频振动、该低频振动对海洋生物造成极大伤害的问题；保证了桨叶的高耐腐蚀性解决了高锰合金在海洋高盐环境中耐蚀性较差、桨叶部分在运行时受到空泡腐蚀问题；保证高安全性解决了不论采用高锰合金制造螺旋桨、铸造过程中具有易产生锻造裂纹的问题。
附图说明
[0021]图1a为本专利技术梯度合金制备示意图；
[0022]图1b为本专利技术螺旋桨结构示意图；
[0023]图2为本专利技术梯度合金各成分渐变示意图；
[0024]图3为本专利技术锰铜
‑
镍铝青铜梯度合金组织示意图；
[0025]图4为本专利技术梯度合金力学性能示意图；
[0026]图5锰铜合金阻尼性；
[0027]图6镍铝青铜合金部分耐蚀性；
[0028]图中：1、基板；2、锰铜合金；2
‑
1：桨毂；3、界面结合层；4、镍铝青铜；4
‑
1：桨叶；5、激光镜头和喷嘴；6、粉末流；7、熔池。
具体实施方式
[0029]本专利技术设计原理：
[0030]1、本专利技术设计目标：既要保证高阻尼性、又要保证高耐腐蚀性、还要解决制造过程中容易产生锻造裂纹的问题以保证高安全性。保证高阻尼性是为了解决海洋噪声污染主要来源是船舶航行时产生的低频振动、该低频振动对海洋生物造成极大伤害的问题；保证高耐腐蚀性时为了解决高锰合金在海洋高盐环境中耐蚀性较差、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度合金制作方法，该梯度合金至少由具有高阻尼的第一合金、和具有耐蚀性的第二合金3D打印一体成型，该第一合金由能够有效抑制机械振动、降低设备运行时产生的低频噪音的锰铜合金制成；该第二合金由耐海水腐蚀、耐生物污损的镍铝青铜合金制成；其特征在于：在第一合金和第二合金之间，形成有具有良好冶金结合性和界面强度的3D打印结合层，该3D打印结合层既是第一合金到第二种合金的材料过渡区；该3D打印结合层通过调整结合层处每个子层中第一合金和第二合金的占比，达到模糊材料过渡区不同种类合金的热膨胀系数、缓解沉积过程中的热应力失配、提高过渡结合处的力学性能的目标。2.根据权利要求1所述的一种梯度合金制作方法，其特征在于：该第一合金锰铜合金材料选自M2052、2310中高锰含量的M2052合金，其中，锰含量在70％以上。3.根据权利要求1所述的一种梯度合金制作方法，其特征在于：该第二合金镍铝青铜材料选自QAl
‑9‑
4，QAl9
‑4‑4‑
2，QAl
‑9‑4‑
4中的QAl
‑9‑4‑
4合金。4.根据权利要求1所述的一种梯度合金制作方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫廓，姜恒，陈猛，王之英，徐文帅，王海瑞，赵玲玲，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：