[发明专利]喷射沉积制备中空盘件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料零部件的制备方法，尤其涉及一种中空件的喷射沉积制备工艺。

背景技术

中空件零部件为现代工业常见零配件，特别是在航空航天、交通、能源、化工等领域的一些关键部件，如汽车制动盘、飞轮、高速列车刹车盘、机箱、汽车飞机等框体、运载火箭燃料储备箱等，都包含有中空部件。这些部件如果能够采用高性能铝、镁合金或其复合材料制备，则可大大提高其性能，实现轻量化和节能减排等技术效果，具有广阔的应用前景。

现有的喷射沉积工艺是制备高性能铝、镁合金及其颗粒增强复合材料的理想方法，它能够获得晶粒细小的组织，基体内增强颗粒分散均匀，体积分数高，无偏析、无有害界面反应，同时基于其快速凝固的组织特征，合金成分偏析程度小，材料受污染的程度低，这使得所制备的材料力学性能优越，综合机械性能达到或超过粉末冶金/快速凝固材料，明显优于铸锭材料。喷射沉积工艺的基本原理是：将熔融金属或合金在惰性气氛中雾化，形成颗粒喷射流，直接喷射在较冷的基体上，经过撞击、聚结、凝固而形成沉积物，再改变沉积基体的形状或运动方式，可获得锭、管板状沉积坯。这种液滴与颗粒的沉积物含有一定的孔隙度，属非连续介质体系，后续可进行锻造、挤压或轧制等致密化加工，最终获得高性能坯件产品。

基于上述原理，喷射沉积获取坯件来源于喷射颗粒流逐层叠加累积而成，其不能直接用于制备中空件。传统喷射沉积制备中空件的方法为先沉积制坯，致密化加工后，再通过钻铣等机加工或通过线切割等工序获得中空部位，制备得到最后的产品。这种加工方式不仅工艺过程复杂、容易造成材料的浪费，而且机加工操作时还可能由于变形不均匀而导致产品的组织均匀性差，力学性能不够理想；特别是对于有陶瓷增强颗粒的复合材料来说，由于耐磨性高或陶瓷颗粒的绝缘性，机加工（钻孔）、线切割等工艺操作难度较大，甚至难以实施。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种产品组织均匀、材料利用率高、成本低廉、产品性能优越、工艺简单的喷射沉积制备中空盘件的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种喷射沉积制备中空盘件的方法，包括以下步骤：首先，采用喷射沉积工艺在基体上成型出该中空盘件的底层，在底层上置放金属辐盘或模块，然后在置放有金属辐盘或模块的底层上继续进行喷射沉积，直至成型出该中空盘件的顶层，得到夹有所述金属辐盘或模块的喷射沉积坯件；去除所述金属辐盘或模块外露于喷射沉积坯件的部分，得到包埋金属辐条的喷射沉积坯件；再对包埋金属辐条的喷射沉积坯件进行压制或热压（或者模压、轧制等操作）以进行致密化，最后对致密化后的喷射沉积坯件进行热处理，利用热处理过程中的加热保温阶段熔出所述金属辐条，使喷射沉积坯件中成型出尺寸与金属辐条一致的通孔，获得中空盘件成品；

所述金属辐盘或模块主要采用熔点高于喷射沉积过程中沉积层温度、且熔点低于所述热处理时加热温度的材料制作。

要实现本发明的目的，金属辐盘或模块的制作材料选用是比较关键的，尤其是制作材料熔点的控制，即首先要使该材料的熔点在喷射流温度以上，这样在喷射沉积过程中，金属辐盘或模块不至于熔解，可以有效成型出中空盘件中的孔隙，同时还要使该材料的熔点控制在后续喷射沉积坯件的热处理温度（如淬火或固溶温度）以下，这样便能使金属辐条在热处理过程中熔出，得到所需要的中空盘件。而对于此类熔点有特殊要求的材料优选采用具有特定熔点的合金材料制作，因为本领域技术人员可以依据相图通过合金成分的设计，进而得到熔点在特定区间的合金材料，使其能够有效应用于本发明的工艺。作为公知的，该金属辐盘或模块的制作材料也不应与所述中空盘件的基体材料发生影响中空盘件性能的有害化学反应，而且所选的制作材料还应具备相应的压缩强度，以保证喷射沉积坯件在热模压致密化时不发生溃散、熔化，以保证中空体的形状。

上述的喷射沉积制备中空盘件的方法，所述喷射沉积过程中，喷射流与所述基体的平面优选呈倾斜夹角进行斜喷。所述夹角优选为30°～45°。采用倾斜喷射方式可使喷射液流与喷射沉积坯件沿珩条径向构成一斜喷角度，这样更有利于喷射流充分填充到珩条间的间隙中。

上述的喷射沉积制备中空盘件的方法中，所述喷射沉积时的工艺条件优选满足：熔炼液体温度为850℃以上，雾化气体压为0.8MPa～1.0MPa，增强颗粒的输送压力为0.3MPa～0.5MPa，基体的转速为250r/min～300r/min，喷射高度为120mm～300mm。