[发明专利]一种原位增强五模材料机械性能的激光增材制造成形方法

说明书

本发明属于先进制造相关技术领域，其公开了一种原位增强五模材料机械性能的激光增材制造成形方法，该方法包括以下步骤：(1)提供基体粉末材料，并在该基体粉末材料的表面掺杂增强材料以得到预混合材料，进而对该预混合材料进行筛分处理以得到混合材料；(2)对待制造五模材料结构零件的三维模型进行打印方向的设计及分层切片处理，进而依据该三维模型，采用该混合材料进行激光选区熔化加工制造该五模材料结构零件；其中，该基体粉末材料与该增强材料在激光的作用下发生原位反应以生成新化合物，该新化合物以空间均匀分布的形式位于该基体粉末材料的颗粒边界。本发明的工艺简单，提高了五模材料结构零件的机械性能，降低了成本。

技术领域

本发明属于先进制造相关技术领域，更具体地，涉及一种原位增强五模材料机械性能的激光增材制造成形方法。

背景技术

超材料是一类新型的人工合成材料，通常由周期性或者非周期性的人工微结构排列而成，具有天然材料所不具备的奇特物理性质。五模材料(Pentamode Material，PM)是一种新型超材料，其是弹性矩阵仅有一个特征值不为零的材料，是一种退化的弹性介质；只能承受与特征应力成比例的应力状态，在其余应力状态下会像流体一样在剪应力下发生流动，因此五模材料也是一种具有固态性质的复杂流体。利用五模材料与流体力学性能相近的特性，将其制备为潜艇等水下装备的外壳，当主动声呐探测过来时，五模材料外壳结构屏蔽探测声波，能够很好地起到“隐身斗篷”的作用。除“隐身斗篷”外，五模材料还可用于声学黑洞、声学超透镜、高指向性高增益水声换能器、宽频高透声系数导流罩等一系列新型声学设备的制备。开展五模材料的结构设计与制备技术研究，对于开发高性能水声器件、提高我国装备的作战性能具有重要的意义。

然而，由于五模材料是由成百上千的周期性或者非周期性的微结构组成，具有结构复杂的特点，采用常规的(铸造、锻造、机加工)方法较难进行复杂结构成形，倘若分块加工容易降低整体零件的力学性能，而且会浪费大量的贵重金属，制造成本高。另外，随着国家和海洋工业对高性能潜艇等水下装备的迫切需求，目前已有的水声装置远不能满足远海战略的需求。相应地，本领域存在着发展一种机械性能较好的原位增强五模材料机械性能的激光增材制造成形方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种原位增强五模材料机械性能的激光增材制造成形方法，其基于现有五模材料的制备特点，研究及设计了一种机械性能较好的激光增材制造成形方法。所述成形方法通过激光热作用金属复合材料以发生原位反应而生成增强相以连续均匀分布的形式来增强五模材料的机械性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种原位增强五模材料机械性能的激光增材制造成形方法，所述成形方法包括以下步骤：

(1)提供基体粉末材料，并在所述基体粉末材料的表面掺杂增强材料以得到预混合材料，进而对所述预混合材料进行筛分处理以得到混合材料；

(2)对待制造五模材料结构零件的三维模型进行打印方向的设计及分层切片处理，进而依据所述三维模型，采用所述混合材料进行激光选区熔化加工制造所述五模材料结构零件；其中，所述基体粉末材料与所述增强材料在激光的作用下发生原位反应以生成新化合物，所述新化合物以空间均匀分布的形式位于所述基体粉末材料的颗粒边界。

进一步地，步骤(2)后还包括采用喷丸处理或者电化学腐蚀的方法去除所述五模材料结构零件上的粘附粉末的步骤。

进一步地，经筛分处理得到的混合材料的粉末粒径为20μm～50μm。

进一步地，步骤(2)中，将所述混合材料放置于激光选区熔化设备中，并对所述激光选区熔化设备的成形基板进行预热处理，同时完成所述设备的加工箱的抽真空后才进行激光选区熔化加工制造。

进一步地，预热处理采用的预热温度为0℃～200℃。

进一步地，所述预热温度为200℃。