[发明专利]多孔结构变密度梯度金属材料的激光选区熔化制备方法

说明书

本发明属于增材制造领域，涉及多孔结构变密度梯度金属材料的激光选区熔化制备方法，(1)选取适用于激光选区熔化的金属球形粉末作为原材料；(2)使用三维建模软件构建所需的变密度多孔结构模型，需要注意的是，该结构模型可简化为实体，无需额外设计孔洞结构；(3)将三维模型用专用软件切片后导入激光选区熔化成形设备；(4)设定合适的激光选区熔化成形工艺参数：激光扫描速率随成形高度增加而增加(5)成形完毕，将多孔结构连带基板进行退火处理，退火后经线切割，表面清理，喷砂即得。本发明仅通过调节激光扫描速度，即可得到孔隙率从99.9％以上梯度变化至50％左右的变密度梯度多孔结构，结构件整体具有较好的表面质量及强度，同时可满足结构件轻量化需求。

技术领域

本发明涉及一种金属激光选区熔化制备工艺，特别涉及一种金属多孔结构变密度梯度材料的激光选区熔化制备工艺。

背景技术

激光选区熔化成形技术(Selective Laser Melting，SLM)作为近几年才逐渐发展起来的先进制造技术，采用高能量密度的激光束，逐层熔化金属粉末，逐层堆积，最终得到近净成形的零件。与传统锻造、铸造以及焊接制造技术相比，该技术可满足难加工金属的复杂结构件的制造，保证复杂构件的尺寸精度，具有较高的成形效率及优良的综合力学性能，可有效解决目前航空航天等高新领域复杂零件难以加工的难题。

高性能发动机追求的是在有限的自身重量下，能够满足极恶劣的工作环境下保证长期稳定的服役性能，为了追求发动机的推重比达到10以上，航空发动机在大幅提高发动机涡轮前温度的同时，需不断使用新材料、新结构以降低航空发动机零部件的重量，因此目前航空发动机零部件的设计考量应尽量满足结构功能一体化与轻量化。例如，航空发动机机匣内表面的可磨耗封严材料，其作用是提高发动机的效率并降低油耗，目前最常用的是采用热喷涂可磨耗封严涂层技术。该技术存在着工序繁杂、制备周期长、容易脱落等问题，同时，结合新型发动机零件结构一体化及轻量化的需求，亟需找到一种可替代热喷涂可磨耗封严涂层的制备方法。

多孔结构是一种理想的轻量结构，具有较好的的机械性能，在生物医疗、航空航天、电子等领域得到了广泛应用。但是，同时具备高孔隙率和高机械性能的多孔材料很难制备，因为高孔隙率会降低其机械性能。为解决这一问题，制备孔隙率从低到高的梯度孔洞材料是一个理想方案。目前报道的梯度多孔材料的制备方法有胶体渗透、粉末烧结等。然而，这些制备方法工序复杂，需额外制备模具，且在孔隙度的可控性方面不够灵活。

发明内容

本发明正是针对上述技术需求，设计出一种金属多孔结构变密度梯度材料的激光选区熔化制备工艺。在保证激光选区熔化粉末颗粒原材料合格的前提下，构建出变密度梯度多孔结构三维模型，该三维模型无需额外设计孔洞分布及孔洞尺寸等细节，整个孔洞结构模型可设计为实体。成形过程中，其他成形参数保持不变，将激光扫描速率沿垂直于扫描截面的激光选区熔化成形方向逐渐提高，随着激光扫描速率的提高，熔池宽度及激光穿透深度减小，进而成形构件的孔隙率从刚开始成形时的99.9％以上，呈梯度变化逐渐降低至50％左右。成形完毕即可在机匣内表面近净成形出表面质量良好、强度硬度符合要求的变密度梯度多孔结构。通过该制备工艺得到的变密度梯度多孔结构，可满足发动机机匣与可磨耗封严材料结构功能一体化的需求，实现结构轻量化需求。同时，该制备工艺操作简便，无需进行复杂的多孔结构三维模型设计，并能方便的控制结构件的孔隙率及孔隙尺寸变化。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种金属孔洞结构变密度梯度材料的激光选区熔化制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1、选用粉末粒度在15～53μm的激光选区熔化的金属球形粉末作为原材料，粉末颗粒应具备良好的球形度及表面光洁度，且整体无目视可见的夹杂。

2、使用三维建模软件构建所需的变密度梯度多孔结构模型，该三维模型无需额外在结构内部设计孔洞分布及孔洞尺寸等细节，整个孔洞结构模型设计为实体。