[发明专利]一种钢/铝异种金属零件激光沉积增材制造方法

说明书

本发明公开了一种钢/铝异种金属零件激光沉积增材制造方法，本方法通过钢/铝异种金属渐进地一步连续成形或在钢成型件基体上增材制造铝合金工艺，实现复杂结构的钢/铝异种金属零件的一体化增材制造。本发明可以通过改变输送材料的成分、速度和制造工艺参数条件，使成形零件在不同部位具有不同的成分和性能，进而实现材料‑结构‑功能的一体化设计和制造，在制造异种金属零件方面具有高效率、低成本、高性能质量等特有优势。

技术领域

本发明属于激光增材制造技术领域，具体涉及一种钢/铝异种金属零件激光沉积增材制造方法，该方法尤其适用于各种复杂形状钢/铝异种金属零件的激光增材制造。

背景技术

钢和铝合金作为现代工业中应用最广泛的两种金属材料，钢/铝异种金属复合结构零件可以充分发挥各自优势性能，具有轻质、高强、耐腐蚀等综合优势，而且可以降低零件整体设计制造成本,实现零件的结构功能一体化，受到了越来越多地重视。例如，火箭发动机的阀门和导管、汽车的车身骨架、船舶的上层建筑等均已采用钢/铝异种金属复合结构设计。钢/铝复合结构零件在各领域的应用潜力，取决于钢/铝异种金属高质量连接。

迄今为止，钢/铝异种金属的连接主要还是采用铆接、螺栓、轧制等机械连接技术。机械连接不仅生产效率低、工艺操作复杂、密封性差，而且不能实现钢和铝之间高强度的冶金结合，除此之外，机械连接一般采用搭接结构，浪费原材料，不利于结构轻量化。焊接技术由于可以实现金属冶金结合，现阶段涉及钢/铝异种金属连接的方法呈多样化，各具特色，大致可分为钎焊、固相焊、熔化焊和熔-钎焊等四大类。但是，受零件或构件尺寸、形状和装配要求以及焊接制造方法本身的限制，以及钢和铝合金的物理性能(熔点、密度、热导率、线膨胀系数等)的较大差异、极易形成脆性金属间化合物及互溶性等问题，对于复杂形状和高性能要求的钢/铝异种金属零件采用焊接技术进行制造存在难度，严重制约了钢/铝异种金属零件在工业领域更广泛的应用。

激光沉积(Laser Deposition，LD)增材制造技术是通过激光熔化同步输送的原材料，逐层堆积而实现增材制造，可以精确调控能量输入、加热位置、材料成分等，实现各种复杂形状金属零件的高质量激光自由成形制造。激光沉积增材制造技术由于具有逐点连续添加材料进行成形的特点，可以通过改变输送材料的成分、速度和制造工艺参数条件，使成形零件在不同部位具有不同的成分和性能，进而实现材料-结构-功能的一体化设计和制造，在制造异种金属零件方面具有高效率、低成本、高性能质量等特有优势。因此，研究开发钢/铝异种金属零件激光熔化沉积增材制造方法具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的缺陷，提供了一种钢/铝异种金属零件激光沉积增材制造方法，技术方案如下：

一种钢/铝异种金属零件激光沉积增材制造方法，本方法通过钢/铝异种金属渐进地一步连续成形或在钢成型件基体上增材制造铝合金工艺，实现复杂结构的钢/铝异种金属零件的一体化增材制造；具体步骤如下：

a.根据沉积的目标钢选择合适的基体，激光通过激光器的激光沉积增材制造头进行聚焦和调整，使其熔化送料装置输送的激光沉积送料，在基体上沉积钢部分；

b.已激光沉积成形的钢不发生熔化，激光沉积液态铝合金润湿固态的钢与钢相互扩散实现连接，形成扩散连接界面层；

c.继续进行铝部分的激光沉积增材制造至完成整个钢/铝异种金属零件。

在所述步骤b中可以根据不同类型的钢和铝合金选择添加过渡层或者无过渡层；

当所制造的钢和铝合金具有较好的润湿性时选择无过渡层；

当所制造的钢和铝合金具有较差的润湿性时选择添加过渡层。

当钢和铝合金之间选择无过渡层，激光沉积铝合金时，已激光沉积成形的钢不发生熔化，激光沉积的液态铝合金润湿固态的钢并与钢相互扩散实现连接；