[发明专利]颗粒靶向增强金属基复合材料构件的电弧增材制造方法

说明书

本发明公开了一种颗粒靶向增强金属基复合材料构件的电弧增材制造方法，根据用户定义设计并制造颗粒靶向增强金属基复合材料构件，采用电弧增材制造方法，根据用户定义在构件的指定部位适时注入一定的颗粒增强相，达到靶向增强的目的。本发明实现了颗粒靶向增强金属基复合材料构件的设计‑制造一体化，在一次连续制造过程中实现构件不同部位材料和性能的差异化布局，满足了颗粒增强金属基复合材料个性化产品的生产要求，制造流程简单、工艺操控性好、相对制造成本低，适合颗粒增强金属基复合材料构件的用户自定义生产，适应智能制造需要。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及到金属基复合材料构件的制造方法，具体涉及一种颗粒靶向增强金属基复合材料构件的电弧增材制造方法。

背景技术

金属基复合材料综合性能好，综合成本低，且兼具多组元优势，因此应用广泛。颗粒增强金属基复合材料是应用最广泛的一类复合材料，其性能受颗粒增强相种类、含量的影响很大。如高含量的硬质颗粒增强相，可以大幅度增加复合材料的耐磨性，但同时会降低其塑性和韧性。随着个性化产品需求的出现，要求同一构件不同部位具有不同的性能，即用户可定义的多材料构件。然而，传统方法制造的金属基复合材料构件中，各部分的材料和性能都是均匀或规律分布的，并不能实现靶向调控。

电弧增材制造虽然是基于传统电弧堆焊和数字化自动控制技术于近些年才发展起来的一种新型的自下而上智能制造技术，但是其适应性广、生产效率高、工艺相对简单、成本较为低廉，具有良好的应用前景。

利用电弧增材制造技术制备用户可定义的颗粒靶向增强金属基复合材料构件，具有很大的挑战性，目前尚无相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何开发一套综合成本低、操控性好、工艺过程简单的电弧增材制造系统，在一次制造过程中，将不同种类和数量的颗粒增强相精准有效地注入待制造构件的指定部位，最终实现用户可定义的颗粒靶向增强金属基复合材料构件的快速制造。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种颗粒靶向增强金属基复合材料构件的电弧增材制造方法，根据用户定义设计并制造颗粒靶向增强金属基复合材料构件，采用电弧增材制造方法，根据用户定义在构件的指定部位适时注入一定的颗粒增强相，达到靶向增强的目的。

优选地，颗粒靶向增强金属基复合材料构件主要由金属基体和颗粒增强相组成，其中，金属基体为单一金属或合金，颗粒增强相为包括合金、陶瓷、无机物、金属间化合物在内的粉体材料中的一种或多种组合。

优选地，对于颗粒靶向增强金属基符合材料构件整体而言，颗粒增强相并非均匀或规律分布，而是根据用户定义的部位靶向注入，用于调节符合材料构件指定部位的组织和性能。

优选地，采用一套独立的电弧增材制造系统制造颗粒靶向增强金属基复合材料构件，所述制造系统主要由计算机控制系统、运动系统、弧焊系统、送丝系统、送粉系统、丝-粉耦合系统、热管理系统组合而成，多个系统在计算机控制系统的调控下工作。

进一步地，制造过程如下：

首先，将设计好的颗粒靶向增强金属基复合材料构件的数字模型输入计算机控制系统，对数字模型进行制造路径编辑，指定增强部位和增强相组成，设定各工艺参数并编写增材制造程序；

然后，启动增材制造程序，计算机控制系统控制数控机床的运动，同时控制弧焊电源和送粉系统的启动、停止及相关参数的调节，送丝系统输送的金属丝材与送粉系统输送的粉体材料在丝-粉复合焊枪处耦合，而丝-粉复合焊枪夹持并固定于数控机床的运动臂架上；

最后，以上各系统配合在底板上沉积得到颗粒靶向增强金属基复合材料构件。

优选地，底板和颗粒靶向增强金属基复合材料构件的温度由热管理系统实时调节。