增材制造技术制备铝合金双金属复合材料的方法与流程

本发明属于双金属复合材料的制备领域，具体是一种增材制造技术制备铝合金双金属复合材料的方法。

背景技术：

随着时代的发展，工业技术领域对材料性能的要求越来越高，单金属材料的性能无法满足需求，所以，复合材料的研制成了发展的方向，双金属材料是通过各种复合技术实现两种性能不同的金属结合的一种新型复合材料，复合材料结合了两种单一金属各自的物理化学性能，得到一种性能更优、适用范围更广的材料。

增材制造(additivemanufacturing，am)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的铸造工艺，是一种“自下而上”的技术，现有的主要工艺有:立体光刻、分层实体制造、选择性激光烧结、熔融沉积成型、激光工程化净成型、无模铸型制造和三维打印等，有材料适用面广、成本低、效率高等优点，但是存在着很多问题，粉末材料的颗粒形状、大小和粉末成分中的含氧量、含碳量对成形件性能有很大影响，烧结层容易出现空洞、缝隙和开裂现象，同时粉末烧结层的厚度、平整度以及层于层之间的结合程度对成形件的稳定性和精度有很大影响，烧结过程粉末利用率低，容易造成污染。

进一步对现有技术检索发现，研究人员开始通过增材制造技术制备复合材料以满足工业对材料的要求，中国专利cn105624470a公布了一种铁镍基复合激光熔覆用合金粉末及激光熔覆该粉末的方法，该方法通过激光将合金粉末熔覆在工件上，得到性能好的涂层，但是发明中用到的激光器和粉末对设备和材料的的要求较高，同时，送粉过程中保持熔覆厚度的难度较大。专利cn105689643a公布了一种基于3d打印的钢基耐磨耐蚀涂层快速铸造制备方法，将耐磨涂层先通过蜡模制备成工件外表面模型，再将钢水浇注入模型中，通过扩散作用，实现表面涂层，发明中，耐磨材料的粉末制备涂层浆料的过程太过复杂，耐磨材料制备得到的浇注模型与钢水表面的扩散方法过程太过复杂，不易制备复合材料。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的激光熔覆对设备要求高的缺陷，本发明提供一种增材制造技术制备铝合金双金属复合材料的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种增材制造技术制备铝合金双金属复合材料的方法，加热将金属熔丝融化形成液滴，通过高速气流喷射至铝合金零件表面。

作为优选，所述的气流为氮气气流。

进一步地，根据铝合金零件的需求在其不同区域喷射多种金属材料。

作为优选，所述金属熔丝为铝合金材料。

有益效果：本发明方法让材料制备的过程处于液-液或液-固制备过程，取消了将材料磨成粉末的步骤，液态的成形更有利于组织之间的结合；复合材料通过不同丝状材料在短时间内快速加热达到液态或半固态在一定压力氮气的保护作用下，降低材料含氧量的同时，高速的气体能将液体破碎，实现不同金属材料的复合，材料组织细化；本发明可以控制复合材料中喷射的金属层的厚度，可以对细小零件的表面进行复合，零件不同区域具有不同的性能，制备拥有两种或几种不同金属材料的复合工件，满足零件不同部位的性能需求。

本发明可以制备高致密度、低含氧量、无宏观偏析、等轴细小的复合零件，在保留双金属或多种合金各自性能的同时，充分发挥其各自性能特点，有效提高复合材料的力学性能和物理性能。

附图说明

图1为增材制造技术制备齿轮零件俯视图；

图2为增材制造技术制备齿轮零件剖视图；

图中1.管坯，2.齿轮。

具体实施方式

实施例1

本实施例涉及一种增材制造技术制备铝合金双金属复合材料的方法，以制备齿轮零件为例，材料为7075铝合金(al-zn-mg-cu系)管坯零件和a356铝合金(al-si系)熔丝。

步骤一、将7075铝合金管坯1零件表面去氧化处理，放于充满氮气的沉积室内；

步骤二、将a356铝合金熔丝置于7075铝合金管坯1零件的复合区，通过加热使熔丝融成液滴，再通过高速氮气将液滴喷至7075铝合金管坯1零件表面；控制喷射位置，最终形成齿状，形成齿轮2。齿轮2为a356铝合金，a356铝合金的耐磨性保证了齿轮的使用寿命。

经检测发现复合材料致密度高、晶粒细小。两种材料之间形成冶金结合，界面区域有连续分布的金属间化合物，说明两金属间形成了冶金结合。复合材料有着7075铝合金的高强度、高韧性，耐磨性也得到了提高。

实施例2

本实施例涉及一种增材制造技术制备铝合金双金属复合材料的方法，材料为7075铝合金(al-zn-mg-cu系)管坯1零件和a6063(al-si-mg)熔丝，

步骤一、将7075铝合金管坯1零件表面去氧化处理，放于充满氮气的沉积室内；

步骤二、将a6063铝合金熔丝置于7075铝合金管坯1零件的复合区，通过加热使熔丝融成液滴，再通过高速氮气将液滴喷至7075铝合金管坯1零件表面，控制喷射位置，最终形成齿状，形成齿轮2；

经检测发现复合材料致密度高、晶粒细小。两种材料之间形成冶金结合，界面区域有连续分布的金属间化合物，说明两金属间形成了冶金结合。复合材料强度、韧性较高的同时，材料表面的耐腐蚀性能得到了提高。

技术特征：

技术总结
本发明属于双金属复合材料的制备领域，一种增材制造技术制备铝合金双金属复合材料的方法，加热将金属熔丝融化形成液滴，通过高速气流喷射至铝合金零件表面。本发明可以制备高致密度、低含氧量、无宏观偏析、等轴细小的复合零件，在保留双金属或多种合金各自性能的同时，充分发挥其各自性能特点，有效提高复合材料的力学性能和物理性能。

技术研发人员：李小平;张明;冯彬彬;邵宏军;钱力丁;映通
受保护的技术使用者：江苏理工学院
技术研发日：2017.03.22
技术公布日：2017.07.04