一种激光选区熔化成形高性能铝型材挤压模具的方法技术

一种激光选区熔化成形高性能铝型材挤压模具的方法，该方法的特点为：(1)将要制备的铝型材挤压模具零件CAD模型分层切片，生成一系列激光选区熔化成形二维扫描轨迹；(2)根据生成的扫描轨迹，逐点、逐线、逐层堆积成三维实体的铝型材挤压模具。其中，制备铝型材挤压模具的铁基合金粉末化学成分为：C≤0.3wt.％；Si 0.5～1.5wt.％；Ni 2.0～3.2wt.％；Mn 0.5～0.8wt.％；Cr 4.5～6.5wt.％；V 0.5～1.5wt.％；Mo 2.0～3.5wt.％；Cu 5.0～8.0wt.％；Al 0.5～3.5wt.％；SiB

【技术实现步骤摘要】
一种激光选区熔化成形高性能铝型材挤压模具的方法


[0001]本专利技术涉及一种激光选区熔化成形高性能铝型材挤压模具的方法，属于激光增材制造(3D打印)


技术介绍

[0002]铝型材具有密度小、比强度高、导电导热性好、耐腐蚀、造型美观、易加工成形等优点，被航天、航空、建筑、运输、机械制造、石油、化工等行业广泛应用。但是，铝型材挤压模具的工作环境恶劣，在高温(520～550℃)、高压(几百兆帕)与磨粒磨损(硬质相夹杂物Al2O3)的三重作用下，铝型材挤压模具的使用寿命大幅缩短，这不仅会影响铝型材产品质量的稳定性，而且增加企业生产成本降低了经济效益。因此，提高挤压模具的质量与使用寿命一直是铝加工行业亟待解决的问题。
[0003]激光选区熔化成形技术是一种新型增材制造技术或3D打印技术，是利用金属粉末在激光束热作用下完全熔化、经冷却凝固而成形三维复杂零件的一种新型技术。该技术具有加热速度快、加工效率高与冷却速度大等特点，能直接成形出接近完全致密、力学性能良好的金属零件。此外，利用Cu
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Fe两液相不混溶特性，借助激光选区熔化成形冷却速度可达105‑8K/s，可大大缩短Stokes沉降和Marangoni迁移时间，获得原位自组装球形富铜颗粒弥散强化铁基合金的铝型材挤压模具。同时，利用SiB4颗粒在高温下与氧气反应形成具有自愈合裂纹的硼硅酸盐玻璃，以及球形富铜颗粒与石墨烯纳米片具有自润滑特性，采用激光选区熔化技术，制备具有裂纹自愈合能力与自润滑性能的高性能铝型材挤压模具，还未见文献报道。/>
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种激光选区熔化成形高性能铝型材挤压模具的方法。本专利技术是这样来实现的，其方法与步骤为：
[0005](1)将粒径为40～60μm的铁基合金粉末作为激光选区熔化的成形粉末，它的化学成分为：C≤0.3wt.％；Si 0.5～1.5wt.％；Ni 2.0～3.2wt.％；Mn 0.5～0.8wt.％；Cr 4.5～6.5wt.％；V 0.5～1.5wt.％；Mo 2.0～3.5wt.％；Cu 5.0～8.0wt.％；Al 0.5～3.5wt.％；SiB
4 5～15wt.％；石墨烯纳米片1.5～3wt.％；余量为Fe；
[0006](2)将带有支撑结构的铝型材挤压模具零件CAD模型分层切片，根据切片轮廓信息生成一系列激光选区熔化成形二维扫描轨迹；将激光选区熔化成形室抽成真空，然后充入氩气；将表面经过除锈与喷砂处理的碳钢板加热到700～750℃；根据生成的扫描轨迹，采用激光选区熔化的方法逐点、逐线、逐层堆积成三维实体的铝型材挤压模具。
[0007](3)将激光选区熔化成形铝型材挤压模具进行退火，工艺参数为：890～920℃加热保温5h，降温到760～800℃等温4h，炉冷到600℃，空冷。
[0008]本专利技术在进行所述的步骤(2)时，制备支撑结构的工艺参数为：光纤激光器波长为1060nm，激光功率为300W，支撑结构高度为4mm，激光扫描速度为600mm/s，分层切片厚度为
50μm，搭接率为55％；制备铝型材挤压模具零件的工艺参数为：激光功率为250W，激光扫描速度为800～3000mm/s，分层切片厚度为30～50μm，搭接率为50～70％，采用连续两层间激光扫描方向夹角为63
°
的方式成形，直到完成铝型材挤压模具零件制造。
[0009]本专利技术在进行所述的步骤(3)时，获得的铝型材挤压模具的显微结构特征为：由于液相分离，在凝固速度高达108K/s条件下，大量5～10微米的球形ε
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Cu颗粒均匀镶嵌于α
‑
Fe基体内；粒径为10～20微米SiB4与石墨烯纳米片均匀分布于α
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Fe基体内；铝型材挤压模具在温度为500～700℃服役时，SiB4颗粒会与氧气反应形成具有自愈合裂纹的硼硅酸盐玻璃。
[0010]本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
[0011](1)可以制备形状复杂、大尺寸铝型材挤压模具；(2)由于液相分离，在凝固速度高达108K/s条件下，铝型材挤压模具主要由：球形ε
‑
Cu颗粒、SiB4颗粒与石墨烯纳米弥散分布于α
‑
Fe基体内；(3)铝型材挤压模在高温服役过程中具有裂纹自愈合与(球形富铜颗粒与石墨烯纳米片)自润滑性能，抗拉强度为1.2～1.3GPa，抗拉强度为1.6～1.8GPa，硬度为58～62HRC，延伸率为18.5～22％，使用寿命是H13钢的2～5倍。
具体实施方式
[0012]下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0013]实施例(一)
[0014]将经过除锈与喷砂处理的碳钢板作为基材，采用激光选区熔化成形的方法制备形状复杂、大尺寸铝型材挤压模具，由于液相分离，在凝固速度高达108K/s条件下，获得的自组装富铜颗粒增强铁基复合材料的显微结构特征为：大量5微米的球形ε
‑
Cu颗粒、粒径为10微米SiB4与石墨烯纳米片均匀分布于α
‑
Fe基体内，抗拉强度为1.2GPa，抗拉强度为1.6GPa，硬度为58HRC，延伸率为18.5％，使用寿命是H13钢的2倍。
[0015]具体实施过程如下：
[0016](1)将粒径为40～60μm的铁基合金粉末作为激光选区熔化的成形粉末，它的化学成分为：C 0.3wt.％；Si 0.5wt.％；Ni 2.0wt.％；Mn 0.5wt.％；Cr 4.5wt.％；V 0.5wt.％；Mo 2.0wt.％；Cu 5.0wt.％；Al 0.5wt.％；SiB
4 5wt.％；石墨烯纳米片1.5wt.％；余量为Fe；
[0017](2)将带有支撑结构的铝型材挤压模具零件CAD模型分层切片，根据切片轮廓信息生成一系列激光选区熔化成形二维扫描轨迹；将激光选区熔化成形室抽成真空，然后充入氩气；将表面经过除锈与喷砂处理的碳钢板加热到700℃；根据生成的扫描轨迹，采用激光选区熔化的方法逐点、逐线、逐层堆积成三维实体的铝型材挤压模具。
[0018](3)将激光选区熔化成形铝型材挤压模具进行退火，工艺参数为：890℃加热保温5h，降温到760℃等温4h，炉冷到600℃，空冷。
[0019]制备支撑结构的工艺参数为：光纤激光器波长为1060nm，激光功率为300W，支撑结构高度为4mm，激光扫描速度为600mm/s，分层切片厚度为50μm，搭接率为55％；制备铝型材挤压模具零件的工艺参数为：激光功率为250W，激光扫描速度为800mm/s，分层切片厚度为30μm，搭接率为50％，采用连续两层间激光扫描方向夹角为63
°
的方式成形，直到完成铝型材挤压模具零件制造。
[0020]实施例(二)
[0021]将经过除锈与喷砂处理的碳钢板作为基材，采用激光选区熔化成形的方法制备形状复杂、大尺寸铝型材挤压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光选区熔化成形高性能铝型材挤压模具的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将粒径为40～60μm的铁基合金粉末作为激光选区熔化的成形粉末，它的化学成分为：C≤0.3wt.％；Si 0.5～1.5wt.％；Ni 2.0～3.2wt.％；Mn 0.5～0.8wt.％；Cr 4.5～6.5wt.％；V 0.5～1.5wt.％；Mo 2.0～3.5wt.％；Cu 5.0～8.0wt.％；Al 0.5～3.5wt.％；SiB
4 5～15wt.％；石墨烯纳米片1.5～3wt.％；余量为Fe；(2)将带有支撑结构的铝型材挤压模具零件CAD模型分层切片，根据切片轮廓信息生成一系列激光选区熔化成形二维扫描轨迹；将激光选区熔化成形室抽成真空，然后充入氩气；将表面经过除锈与喷砂处理的碳钢板加热到700～750℃；根据生成的扫描轨迹，采用激光选区熔化的方法逐点、逐线、逐层堆积成三维实体的铝型材挤压模具。(3)将激光选区熔化成形铝型材挤压模具进行退火，工艺参数为：890～920℃加热保温5h，降温到760～800℃等温4h，炉冷到600℃，空冷。2.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化成形高性能铝型材挤压模具的方法，其特征在于进行所述的步骤(2)时，制备支撑结构的工艺参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄和銮，周圣丰，邱雅婷，聂德键，郑健全，罗伟浩，马得胜，林丽荧，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：