[发明专利]一种编织碳纤维与非晶金属粉末3D打印复合方法在审

专利信息
申请号: 202110704849.7 申请日: 2021-06-24
公开(公告)号: CN113600831A 公开(公告)日: 2021-11-05
发明(设计)人: 张培磊;凤军毅;于治水;孔海娟;余木火 申请(专利权)人: 上海工程技术大学;东华大学
主分类号: B22F10/28 分类号: B22F10/28;B22F10/38;C22C47/06;C22C47/14;C22C49/02;C22C49/14;B33Y70/00;B33Y10/00;C22C101/10
代理公司: 上海唯智赢专利代理事务所(普通合伙) 31293 代理人: 张若川
地址: 201620 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 编织 碳纤维 金属粉末 打印 复合 方法
【说明书】:

发明公开了一种编织碳纤维与非晶金属粉末3D打印复合方法,以网状结构的碳纤维为基体,在基体上使用非晶金属粉末铺粉,用激光束对非晶金属粉末进行逐层堆积黏结,叠加成型制得3D打印复合材料;非晶金属粉末为FeCrMnMoWBCSi非晶金属粉末、FeCrMnMoBY非晶金属粉末或FeCrMnMoCY非晶金属粉末;碳纤维的添加量占碳纤维和非晶金属粉末的总体积的15~25%。本发明的方法,以具有高抗拉强度且低密度的碳纤维作为基材,赋予了复合材料极佳的抗拉强度及轻量化性能;以非晶金属粉末作为强度增强相,赋予了复合材料非晶合金的高强韧性、抗腐蚀性及耐磨性;能够实现3D打印合金的零部件轻量化的目的。

技术领域

本发明属于复合材料增材技术领域,涉及一种编织碳纤维与非晶金属粉末3D打印复合方法,特别涉及一种抗拉强度高且密度小的复合材料的激光增材制备方法。

背景技术

3D打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术,被称为“具有工业革命意义的制造技术”,其中金属零部件3D打印技术是3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术,是先进制造技术的重要发展方向。

激光选取熔化技术(SLM)是利用激光束将非晶金属粉末进行逐层堆积黏结,最终叠加成型,制造出实体产品。

高弹性碳纤维具有强度高、密度低、尺寸稳定性高、产品质量稳定等优点,比如采用的高弹性碳纤维所制作的零部件的拉伸强度可达1600Mpa,但其密度只有1.5g/cm3左右。其可作为一种优异的基材,能够帮助实现材料轻量化。

因此,开发一种抗拉强度高且密度小的以碳纤维为基材的复合材料的激光增材制备方法极具现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗拉强度高且密度小的以碳纤维为基材的复合材料的激光增材制备方法。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种编织碳纤维与非晶金属粉末3D打印复合方法,以网状结构的碳纤维为基体,在基体上使用非晶金属粉末铺粉,用激光束对非晶金属粉末进行逐层堆积黏结,叠加成型制得3D打印复合材料;

所述非晶金属粉末为FeCrMnMoWBCSi非晶金属粉末、FeCrMnMoBY非晶金属粉末或FeCrMnMoCY非晶金属粉末;

所述碳纤维的添加量占碳纤维和非晶金属粉末的总体积的15~25%。

本发明以具有高抗拉强度且低密度的高弹性碳纤维作为材料基体,再用一种非晶金属粉末(FeCrMnMoWBCSi非晶金属粉末、FeCrMnMoBY非晶金属粉末、FeCrMnMoCY非晶金属粉末)作为强度增强相,使用SLM技术将非晶金属粉末熔于碳纤维基体上形成了编织碳纤维与非晶金属粉末复合材料,制得的编织碳纤维与非晶金属粉末复合材料不仅具有极佳的抗拉强度及轻量化性能,而且兼具非晶合金本身的高强韧性、抗腐蚀性、耐磨性等优点,能够实现3D打印合金的零部件轻量化的目的,极具应用前景。

作为优选的技术方案:

如上所述的一种编织碳纤维与非晶金属粉末3D打印复合方法,所述网状结构的碳纤维具体是多根碳纤维XY轴交错编织成型而得的;

单根碳纤维的直径为8~15μm,相邻碳纤维之间的间距控制在20~30μm,编织方式为平纹编织,平纹网面结构的网格分布均匀,表面平坦整齐,拥有良好的各向同性性质。

如上所述的一种编织碳纤维与非晶金属粉末3D打印复合方法,所述非晶金属粉末的粒径范围为15~53μm。粉末粒径过小一方面会由于流动性过差导致团聚现象的产生,另一方面由于碳纤维本身的直径为8~15μm,所以粉末粒径至少要大于其直径;粉末粒径过大则会导致加热过程中吸取的热量无法充分熔化金属粉末,并使其中产生间隙,从而使致密度降低,影响最终复合产品的整体性能。

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