一种Mn-Cu和Fe-Ni异种材料梯度结构成形方法与流程

本发明涉及一种异种材料结构成形领域，特别是一种mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构成形方法。

背景技术：

新一代航天器典型的技术特征是高速、高机动、高精度稳定性，对弹载结构需求表现为高性能以及极端服役环境下的高稳定性。探测制导系统位于飞行器顶部，力热环境极其严酷，无论是受力还是受热导致的光学元件微小变形，都会导致高精度光学系统性能的下降，这对光学结构的抗振动、抗热变形能力都有着极高的要求。传统的光学结构是由多个铝合金材料部件通过螺钉连接在一体的组合体，要保证光学结构在恶劣力热环境下保持高精度稳定性，需要在光学结构中增加附加结构强化、隔振、隔热等保护措施，这在光学结构狭小空间、苛刻轻量化指标要求下是无法实现的。通过对不同物理性能的异种材料、梯度材料一体化应用，将抑振与热稳定功能集成于光学结构中，实现多功能的一体融合，解决光学结构苛刻轻量化要求下的多功能融合难题。从当前的技术状态来看，此类异种材料光学功能结构的成形，是传统工艺无法实现的，而增材制造技术是目前最可行的方法。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构成形方法，解决传统光学结构通过增加附属抑振、隔热等环境保护措施带来的结构重量无法满足新一代探测制造系统狭小空间、苛刻轻量化要求的问题。

对此，本发明提出一种mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构成形方法，其步骤为：第一步、实现mn-cu阻尼合金结构成形，第二步、实现mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构过渡区间成形，第三步、实现fe-ni合金结构成形，第四步、完成mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构稳定性后处理。

其中，所述第一步、实现mn-cu阻尼合金结构成形包括：mn-cu阻尼合金结构成形工艺选用激光选区熔化增材制造，成形所用原材料为球形mn-cu金属粉末，粉末粒径在15um～53um，激光增材制造成形层高，通过层与层连续叠加，最终成形mn-cu阻尼合金结构。

其中，所述激光增材制造成形的层高为0.03mm。

其中，对所述mn-cu阻尼合金结构进行热处理，所述热处理工艺的温度是850℃，保温0.5h后采用水冷至室温，再采用430℃进行保温，保温4h后空冷至室温。

其中，第二步、实现mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构过渡区间成形包括：以第一步实现的mn-cu阻尼合金结构为基材，采用激光立体成形工艺成形mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构过渡区间，成形所用原材料为球形mn-cu、fe-ni合金金属粉末，粉末粒径在50um～150um，两种合金粉末配比通过多路粉末送进系统进行精确控制，激光立体成形层高，通过层与层不断叠加，最终成形出mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构过渡区间。

其中，所述激光立体成形的层高为0.1mm。

其中，第三步、实现fe-ni合金结构成形包括：以第二步实现的mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构过渡区间成形结构为基材，采用激光立体成形工艺成形fe-ni合金结构，成形所用原材料为球形fe-ni合金金属粉末，粉末粒径在50um～150um，激光立体成形层高，通过层与层不断叠加，最终成形出fe-ni合金结构。

其中，激光立体成形层高为0.1mm。

其中，第四步、完成mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构稳定性后处理包括：通过第一、二、三步，已经实现mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构成形，为消除激光增材制造过程中整体结构存在的残余应力，以及保持mn-cu阻尼合金结构区域抑振功能、fe-ni合金结构区域热稳定功能，对mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构进行热处理，选择稳定性热处理工艺采用430℃，保温4h后，空冷至室温。

本方法解决了传统飞行器采用单一材料模式设计光学结构，需要通过增加附属的力、热环境保护措施，以实现恶劣力热环境下的高精度稳定性，导致光学结构重量过大、系统体积超出狭小空间等问题。本方法采用了多材料模式设计与成形方法，通过将mn-cu阻尼合金、低膨胀fe-ni合金多种材料集成应用于在光学结构中，实现多种功能在同一结构体融合。

采用本方法可成形抑振/热稳定多功能一体融合光学结构，实现光学结构功能密度提高2-3倍，满足光学结构狭小空间、苛刻轻量化要求下的抑振、热稳定多功能需求。

附图说明

图1是本发明的mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构成形示意图。

1.mn-cu阻尼合金结构2.fe-ni合金结构3.mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构过渡区间

具体实例方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做出详细说明。

本发明提出的一种mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构成形方法的具体步骤为：

第一步实现mn-cu阻尼合金结构成形

mn-cu阻尼合金结构成形工艺选用激光选区熔化增材制造，成形所用原材料为球形mn-cu金属粉末，粉末粒径在15um～53um，激光增材制造成形层高为0.03mm，通过层与层不断叠加，最终成形mn-cu阻尼合金结构，为消除激光选区熔化增材制造过程中产生的残余应力以及提高mn-cu阻尼合金结构阻尼性能，热处理工艺采用850℃的温度，在该温度下保温0.5h后采用水冷至室温，再采用430℃进行保温，在该温度下保温4h后空冷至室温，经过热处理后得到最终状态的mn-cu阻尼合金结构。

第二步实现mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构过渡区间成形

以第一步实现的mn-cu阻尼合金结构为基材，采用激光立体成形工艺成形mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构过渡区间，成形所用原材料为球形mn-cu、fe-ni合金金属粉末，粉末粒径在50um～150um，两种合金粉末配比通过多路粉末送进系统进行精确控制，激光立体成形层高为0.1mm，通过层与层不断叠加，最终成形出mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构过渡区间。

第三步实现fe-ni合金结构成形

以第二步实现的mn-cu和/fe-ni异种材料梯度结构过渡区间成形结构为基材，采用激光立体成形工艺成形fe-ni合金结构，成形所用原材料为球形fe-ni合金金属粉末，粉末粒径在50um～150um，激光立体成形层高为0.1mm，通过层与层不断叠加，最终成形出fe-ni合金结构。

第四步完成mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构稳定性后处理

通过第一、二、三步，已经实现mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构成形，为消除激光增材制造过程中整体结构存在的残余应力，以及保持mn-cu阻尼合金结构区域抑振功能、fe-ni合金结构区域热稳定功能，最后选择稳定性热处理工艺的温度为430℃，在该温度下保温4h后空冷至室温。

至此，完成mn-cu和fe-ni异种材料梯度结构成形。

本方法解决了传统飞行器采用单一材料模式设计光学结构，需要通过增加附属的力、热环境保护措施，以实现恶劣力热环境下的高精度稳定性，导致光学结构重量过大、系统体积超出狭小空间等问题。本方法采用了多材料模式设计与成形方法，通过将mn-cu阻尼合金、低膨胀fe-ni合金多种材料集成应用于在光学结构中，实现多种功能在同一结构体融合。