一种泡沫金属材料制备方法与流程

本发明涉及金属粉末材料领域，特别涉及一种泡沫金属材料制备方法。

背景技术：

泡沫金属材料既具有一般多孔材料所具有的轻质等特性,又具有优良的机械性能和热、电等物理性能,并且比聚合泡沫更易于再生,扩大了多孔材料的应用范围。具有质轻、较高比强度、阻尼减震、高冲击能量吸收和优异的吸音、隔热、散热、电磁屏蔽等多种物理性能，己在航空、航天、汽车制造、轨道交通等领域得到了应用。近年来,新工艺发展使得泡沫金属的质量大有好转,而且新材料的应用条件也改变了很多。例如:在汽车工业里,由于安全和保护环境方面的日趋增加的需求,人们开始考虑利用泡沫金属。

制造泡沫金属材料可以使用熔体发泡法该法的原理是在金属液中加入发泡剂,使其受热产生分解,在溶液中形成气泡,然后冷却凝固。其缺点是发泡过程难以控制,溶液中的发泡剂分解产生气泡,气泡逐渐上浮并在上浮过程中合并长大,引起制品中气泡分布不均匀且局部气泡尺寸过大。还有粉体发泡法，首先混合一定比例的金属粉末和发泡剂粉末,压实得到密实的预制品,然后在基体金属的熔点附近进行热处理,使发泡剂分解,释放出的气体迫使压实的预制品膨胀成为泡沫金属，粉体发泡法比熔体发泡法实际操作容易控制，但是孔洞大小和其均匀性还不好保证。

中国专利201010587152.8涉及一种泡沫铝的制备方法，尤指一种只须将铝一次泡沫化即可制得泡沫铝制品的一次熔体发泡制备泡沫铝的方法，步骤包括:启动热电炉加热至800℃使铝完全熔化；将温度降至680℃时往铝液里添加金属钙并搅拌，使得熔体的表面粘度增加；将氢化钛进行预处理后填加到熔体中并搅拌使得氢化钛在熔体中均匀分布，充分分解；将模具进行加热，将熔体放入经过热处理后的模具中，在650℃的温度下保温发泡，将预制件取出，空冷使高温泡沫熔体在模具中定形，然后将预制件取出水冷，即可获得泡沫铝制品。该方法制得的泡沫金属孔洞大小和其均匀性还不好保证。

技术实现要素：

本发明提供一种泡沫金属材料的制备方法，利用金属粉末采用3d打印的工艺可以得到可控制的孔洞大小和孔洞分布，得到质量良好的泡沫金属材料，解决泡沫金属孔洞大小和其均匀性不好保证的问题。并且孔洞分布和形状可根据材料的用途进行设计得到各种性能的泡沫金属材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种泡沫金属材料制备方法，采用金属粉末，利用3d打印工艺制备泡沫孔洞大小和孔洞分布可调可控制的泡沫金属材料。

进一步，所述制备步骤如下：

1)工艺设计：首先建立三维数模并将三维数模导入，然后对三维数模进行分层，并搭建工艺支撑；

2)加工前准备；

3)零件打印，具体包括：

(a)送粉：利用刮刀将金属粉末从剩粉腔中送入打印工作腔；

(b)铺粉：刮刀以特定厚度进行铺粉；

(c)刮刀退回：铺粉完成后，刮刀向上抬高1mm，然后退回铺粉起始位置；

(d)激光选区烧结：启动激光器对铺好的粉末进行烧结；

(e)重复(b)、(c)、(d)三步直至零件打印完成；

(f)回收多余粉末：打印完成之后，对多余的粉末进行回收处理；

4)零件后处理。

进一步，所述泡沫金属材料的孔洞形状为四面体、六面体、十二面体、三棱柱、六棱柱或椭圆，孔径大小0.1-6mm；或者所述泡沫金属材料的孔膜结构为三角形孔膜、四面体孔膜、六面体孔膜或十二面体孔膜，孔膜内径大小0.1-5mm，壁厚0.3—3mm；或者所述泡沫金属材料的空间网架结构为空间三角形桁架或者空间四面体桁架。

进一步，所述金属粉末为cu、ag、ti、zn、al、不锈钢、fe及其合金粉末的任一一种或多种，金属粉末的粒度范围为20μm-150μm。

本发明方法制备的泡沫金属材料孔洞分布和形状可根据材料的用途进行设计得到各种性能的泡沫金属材料，且可以解决传统制备过程中泡沫体塌落、泡沫体内产生裂缝、泡沫体内产生大空腔及无泡层较厚等问题。

附图说明

图1六棱柱孔洞形状泡沫铝合金板示意图；

图2三角形孔膜泡沫钛合金示意图；

图3空间桁架泡沫不锈钢板示意图。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

本发明提供一种泡沫金属材料的制备方法，具体实施步骤如下：

1)工艺设计：首先建立三维数模并将三维数模导入，然后对三维数模进行分层，并搭建工艺支撑；

2)加工前准备：

(a)清理机床：将3d打印机床清理干净，保证不含杂质及其他金属粉末；

(b)校正刮刀水平度：对刮刀水平度进行校正；

(c)冲入保护气体：对3d打印机床工作腔内持续不断的冲入保护气保护；

(d)装入金属粉末：将需要打印的粉末装入3d打印机床工作腔中；

(e)手工初步铺平粉末：用铲子将粉末手工初步铺平；

(f)自动铺平粉末：打开机床自动铺粉功能，对粉末进行进一步铺平；

(g)校正粉末水平度：对粉末的水平度进行检验和校正

3)零件打印

(a)送粉：利用刮刀将金属粉末从剩粉腔中送入打印工作腔；

(b)铺粉：刮刀以特定厚度进行铺粉；

(c)刮刀退回：铺粉完成后，刮刀向上抬高1mm，然后退回铺粉起始位置；

(d)激光选区烧结：启动激光器对铺好的粉末进行烧结；

(e)重复(b)、(c)、(d)三步直至零件打印完成；

(f)回收多余粉末：打印完成之后，对多余的粉末进行回收处理；

4)零件后处理：

(a)打光：钳工对零件进行表面打光；

(b)热处理：对打印好的零件进行退火处理；

(c)吹砂：对热处理后的零件进行去应力吹砂；

5)检验：对后处理好的零件进行成品检验。

具体实施例如下：

实施例1

制备泡沫铝合金材料如图1，建立泡沫材料的三维数模，孔洞形状为六棱柱，并均匀分布，然后准备20μm-50μm的a356铝合金粉末，对3d打印机床充入氮气进行保护，然后进行零件打印，零件打印结束后，对零件进行打光，热处理，吹沙，检验。

实施例2

制备泡沫钛合金材料如图2，建立泡沫材料的三维数模为三角形孔膜结构，并均匀分布，然后准备50μm-100μm钛合金金属粉末，对3d打印机床充入氮气进行保护，然后进行零件打印，零件打印结束后，对零件进行打光，热处理，吹沙，检验。

实施例3

制备泡沫不锈钢合金材料如图3，建立泡沫材料的三维数模，空间三角形桁架结构，然后准备100μm-150μm不锈钢合金金属粉末，对3d打印机床充入氮气进行保护，然后进行零件打印，零件打印结束后，对零件进行打光，热处理，吹沙，检验。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。