[发明专利]激光增材制造用功能低损型形状记忆合金微纳粉芯丝材

说明书

一种激光增材制造用功能低损型形状记忆合金微纳粉芯丝材及其制备方法，其特征是该粉芯丝材的外皮为构成形状记忆合金各元素中沸点最高元素的纯金属，该粉芯丝材的粉芯为构成形状记忆合金各元素除沸点最高元素之外的其他元素单质金属微米粉的混合物或是其他元素的合金微米粉与起增强作用的纳米粉组成的微纳粉，其中微纳粉中纳米粉占整体粉芯丝材质量的0.5%‑4%，其制备方法主要包括微纳粉制备、外皮成形及填粉、合口与拉拔成丝。采用本发明所述的形状记忆合金粉芯丝材作为激光增材制造用材，具有形状记忆功能损失小、成形精度高等特点。

技术领域

本发明涉及一种激光增材制造技术，尤其是一种激光增材制造用材料，具体地说是一种激光增材制造用功能低损型形状记忆合金微纳粉芯丝材。

背景技术

激光增材制造技术，是指以激光作为能量源且基于离散-堆积原理并由零件三维数据驱动直接制造零件的一种先进制造技术。然而，激光增材制造用材料的研发目前尚处于初级阶段，能够使用的材料种类相对较少，极大地限制了这一先进制造技术的广泛应用。

形状记忆合金(Shape Memory Alloys)，简称SMA，是一种在加热升温后能消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料，即拥有记忆效应的合金，其在航空航天等诸多领域已有很多成功的范例，如人造卫星上庞大的天线、智能开关弹簧等等。如果能够将形状记忆合金应用到激光增材制造技术领域，可更好地解决一些普通材料传统制造技术不易实现的难题。然而，无论是将形状记忆合金以单质粉体直接混合或是混合后进行机械合金化，还是将形状记忆合金粉碎制成合金粉，乃至于将形状记忆合金拉拔制成合金丝，在激光增材制造过程中由于激光能量密度极高，其中的低沸点元素如CuZnAl系记忆合金中的Zn、FeMnSi系记忆合金中的Mn等都极易烧损，而造成形状记忆功能的损失；同时，激光增材制造过程中不可避免地存在着堆积后一层材料时势必会部分重熔前一层材料的具体现实，造成重熔结晶的形状记忆合金晶粒粗大等问题，也会增大形状记忆功能损失。综上可见，形状记忆合金激光增材制造过程中，如何降低其形状记忆功能损失是需要面对的核心关键问题。

粉芯丝材是一种用金属带材包裹填充粉末并拉拔成一定直径的可用于激光增材制造的新型材料，其不仅避免了使用粉材激光增材制造时所存在的材料利用率低等缺点，也避免了使用实心丝材激光增材制造时所需激光能量较高等不足，而且通过优化其中粉芯的成分及结构如粉芯采用微纳复合粉体等还可以对激光增材制造制件的形性进行调控，是一类极具发展潜力和前景的激光增材制造用材。如果以形状记忆合金中的高沸点组元作为外皮、其他组元作为粉芯制成形状记忆合金粉芯丝材，借助高沸点外皮的保护作用可望解决其中低沸点元素的烧损问题；若进一步在其中引入可细化晶粒、降低层错能等强化形状记忆功能的措施如在粉芯中增加纳米颗粒等，则可望突破形状记忆合金激光增材制造过程中形状记忆功能损失大等难题。

然而，据申请人所知，目前尚未有一种激光增材制造用功能低损型形状记忆合金微纳粉芯丝材可供使用。

发明内容

本发明的目的是针对形状记忆合金激光增材制造过程中易产生较为严重的形状记忆功能损失的问题，发明一种激光增材制造用功能低损型形状记忆合金微纳粉芯丝材。

本发明的技术方案之一是：

一种激光增材制造用功能低损型形状记忆合金微纳粉芯丝材，其特征是该粉芯丝材的外皮为构成形状记忆合金各元素中沸点最高元素的纯金属，该粉芯丝材的粉芯为构成形状记忆合金各元素除沸点最高元素之外的其他元素单质金属微米粉的混合物或是其他元素的合金微米粉与起增强作用的纳米粉组成的微纳粉，其中微纳粉中纳米粉占整体粉芯丝材质量的0.5%-4%；外皮的质量占整个粉芯丝材质量的40-70%；其余为金属微米粉。

所述形状记忆合金为Cu基、Fe基形状记忆合金和Ni-Ti系形状记忆合金中的一种。

所述微纳粉是以微米粉为核、纳米粉为壳的核壳结构微纳复合粉。