[发明专利]一种电弧增材制造制备泡沫铝构件的方法

说明书

本发明公开了一种电弧增材制造制备泡沫铝构件的方法，包括如下步骤：1）将构件模型导入到专业的切片软件中进行路径规划，并与增材制造系统进行通信，同时将基板打磨光滑并进行装夹固定；2）将铝合金和增稠剂在所述增材制造系统里进行共同沉积，在电弧搅拌作用下提高铝合金熔池黏度；3）熔池凝固形成铝构件后，将发泡剂分散溶液均匀喷涂在铝构件表面；4）待下层铝构件沉积之前和冷却至层间温度后，在铝构件表面继续喷涂发泡剂分散溶液；5）重复上述步骤2）至步骤4），直到铝构件打印完成，从而形成具有特定形状的泡沫铝构件。本发明能够实现发泡、制备一体化成型，减少了工艺复杂性，提高了生产效率。

技术领域

本发明涉及泡沫铝制备技术领域，具体涉及一种电弧增材制造制备泡沫铝构件的方法。

背景技术

泡沫铝是在纯铝或者铝合金中添加发泡剂，经过发泡工艺制成的具有含有大量闭合空隙的铝基金属材料，其兼顾了金属和泡沫材料特征，具有良好的吸能减震、抗腐蚀、隔音降噪、抗电子屏蔽的作用。其密度仅为金属铝的10%~40%，抗弯比刚度为钢的1.5倍，阻尼性能为金属铝的5~10倍，隔音系数在0.8以上，导热系数较低，相当于大理石材料。由于其优异的物理、力学性能，在航空航天、交通运输和建筑结构工业等领域得到广泛应用。传统制备泡沫铝工艺包括：固态金属烧结法、液态金属凝固法、金属沉积法、二次发泡法、金属空心球法等。

公开号为CN105135947A的发明专利公开了一种包含梯度分布的泡沫铝层的轻质复合防弹板，该轻质复合防弹板由面板和背板通过胶粘剂粘合在一起，该面板为陶瓷板；背板包括纤维增强树脂基复合材料层和泡沫铝层；该泡沫铝层呈梯度分布且置于两层纤维增强树脂基复合材料层之间，通过胶粘剂粘合在一起，该泡沫铝层的孔隙率沿着弹体入射方向逐渐减小。采用该方法制备的梯度材料各层之间结合强度不够。公开号为CN106583739A的发明专利公开了一种具有梯度界面的泡沫铝夹心板及其制造方法，首先将铝粉或铝合金粉与发泡剂氢化钛粉均匀混合得到混合粉末，再将下面板合金粉末、混合粉末和上面板合金粉末依次装入钢模具中，三种粉体呈层状分布，然后置于热压机中热压致密化获得可发泡的夹心板预制件，最后预制件加热发泡，获得具有梯度界面的泡沫铝夹心板，采用该方法虽然能够制备夹心板材，但难以实现梯度材料复杂构件的制备。

传统工艺制备泡沫铝构件方法大都是先制备泡沫铝，再通过机械加工获得所需零件，加工工艺复杂，效率低，小批量的复杂构件难以制备。此外，泡沫铝制备过程难以任意控制和调整结构参数，无法实现具有梯度结构的泡沫铝构件的制备，从而限制了泡沫铝材料在仿生结构中的应用，因此开发泡沫铝合金新的制备工艺意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电弧增材制造制备泡沫铝构件的方法，用于实现泡沫铝合金构件的高效小批量制造，解决常规增材方法加工困难，加工工序复杂的缺点；同时基于增材制造的逐层沉积特性，实现泡沫铝梯度材料、非均质仿生材料的制备。

为了达到上述的目的，本发明提供了如下技术方案：

一种电弧增材制造制备泡沫铝构件的方法，包括如下步骤：1）将构件模型导入到专业的切片软件中进行路径规划，并与增材制造系统进行通信，同时将基板打磨光滑并进行装夹固定；2）将铝合金和增稠剂在所述增材制造系统里进行共同沉积，在电弧搅拌作用下提高铝合金熔池黏度；3）熔池凝固形成铝构件后，将发泡剂分散溶液均匀喷涂在铝构件表面；4）待下层铝构件沉积之前和冷却至层间温度后，在铝构件表面继续喷涂发泡剂分散溶液；5）重复上述步骤2）至步骤4），直到铝构件打印完成，从而形成具有特定形状的泡沫铝构件。

增材制造作为新兴的材料制备方法，可以实现材料的逐层逐道沉积，在制备梯度材料方面具有重要潜力。采用增材制造技术制备泡沫铝合金构件可实现材料制备和成形的一体化加工过程，极大的提高生产效率，适用于小批量的泡沫铝合金构件生产。增材制造的逐层沉积特性能够实现泡沫铝材料气孔的梯度分布，能够完成梯度材料、非均质仿生结构材料的制备。