[发明专利]一种异质复层结构预制体及其增-等材复合制造方法

权利要求书

1.一种异质复层结构预制体的增-等材复合制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)利用ansys基于拓扑优化原理设计出满足功能需求的点阵结构单元，并对拓扑优化获得的点阵结构单元规则化；

2)利用Proe绘制出带有多孔点阵结构的基体模型，并利用选区激光熔化技术制得带有多孔点阵结构的基体；

3)将基体放入挤压模具中，进行固-液挤压复合铸造，形成机械结合与冶金结合相配合的复合界面，获得满足极端环境服役条件的复合预制体。

2.根据权利要求1所述的一种异质复层结构预制体的增-等材复合制造方法，其特征在于：步骤1)的具体操作为：利用ansys软件拓扑优化模块在受力和孔隙率的约束条件下进行优化，首先以立方体为基本单元建立物理模型，接着对单元体进行网格划分，然后设置单元体的约束条件，所述的约束条件为施加的载荷和孔隙率，最后对单元体进行拓扑优化；优选地，所述拓扑优化获得的点阵单元具有不规则形状，需根据三维点阵结构将拓扑优化获得的点阵结构单元规则化；所述三维点阵结构包括面心立方、体心立方、八面体结构、金刚石结构，优选立方体单元。

3.根据权利要求1所述的一种异质复层结构预制体的增-等材复合制造方法，其特征在于：所述步骤2)绘制出基体模型的具体操作为：利用Proe绘制多孔点阵结构时，点阵单元为立方单元，点阵单元的孔隙率为50％-70％。

4.根据权利要求1所述的一种异质复层结构预制体的增-等材复合制造方法，其特征在于：所述异质复层结构为两种不同的单质金属和/或合金材料，优选钢-铝合金复层结构。

5.根据权利要求1所述的一种异质复层结构预制体的增-等材复合制造方法，其特征在于：所述步骤2)制备多孔点阵结构基体的具体操作为：将Fe-Cr-Ni不锈钢粉末放置在烘干箱中进行烘干，烘干箱温度设置为100～200℃，烘干时间设置为2～4h，待粉末冷却后利用200#的网筛进行筛分，然后通过选区激光成型带有多孔点阵结构的钢基体。

6.根据权利要求1或5所述的一种异质复层结构预制体的增-等材复合制造方法，其特征在于：步骤2)的具体操作为：将带有多孔点阵结构的基体三维模型生成STL文件；利用切片软件对基体模型进行切片处理，并将文件导入选区激光熔化成型设备中；固定基板，将处理好的Fe-Cr-Ni不锈钢粉末铺放在送粉平台上，然后进行抽真空并且充氩气保护，随着氩气的充入，当设备中氧气体积含量不超过0.1％时进行激光扫描；成形结束后，将基板取下来，利用线切割将钢基体从基板上切下来，从而获得带有复杂多孔结构的基体。

7.根据权利要求6所述的一种异质复层结构预制体的增-等材复合制造方法，其特征在于：选区激光熔化成型的工艺参数设置为：基板的预热温度为80～100℃，激光功率为200～260W，扫描速率为600～900mm/s，层厚为30μm。

8.根据权利要求1所述的一种异质复层结构预制体的增-等材复合制造方法，其特征在于，在进行步骤3)的挤压铸造之前对钢基体进行清理，利用质量分数10％NaOH和质量分数5％盐酸去除钢基体表面的油脂、铁锈和粉末。

9.根据权利要求1所述的一种异质复层结构预制体的增-等材复合制造方法，其特征在于：步骤3)的具体操作为：将Al-Si合金放入坩埚中进行熔炼，熔融金属在720～790℃进行挤压铸造，压力为150～200MPa，保压时间20～60s，最后获得钢/铝复合预制体；优选地，进行挤压铸造前将挤压模具用隔热棉包裹好以尽可能减少热量散失，钢基体和挤压铸造模具预热到200～400℃。

10.一种由权利要求1-9任一项所述的异质复层结构增-等材复合制造预制体的方法制备得到的预制体。