[发明专利]一种金属/陶瓷复合材料的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开一种金属/陶瓷复合材料的制备方法及其产品和应用，属于金属增材制造领域。包括以下步骤：1)以金属粉末为原料铺粉，在氩气气氛下，使用连续激光器或电子束增材制造打印；2)清洁打印层表面，在氮气气氛下，在选定区域使用脉冲激光器进行氮化处理；3)清洁氮化处理层，在氩气气氛下继续使用连续激光器打印；4)重复步骤1)‑步骤3)，即获得金属/陶瓷复合材料。采用该方法制备出的微观组织选择性定制的增材制造合金/陶瓷金属基复合材料，随定制意图的不同，该种材料具有相应的优异功能性和力学性能。

技术领域

本发明属于金属增材制造领域，具体涉及一种金属/陶瓷复合材料的制备方法及其产品和应用。

背景技术

金属增材制造技术(3D打印)是通过高能束熔融金属粉末，并逐层堆积为实体构件的制造技术，在高设计自由度、复杂结构件试制、结构优化减重、减少连接提高可靠性、难加工材料机构制造等方面体现出巨大潜力。随着增材制造的应用领域不断拓宽，对材料复杂结构设计和各方面性能提出了更高的要求。

为使材料的各方面优异性能得到整合并以最大限度地发挥出来，目前金属/陶瓷作为一种复合材料已经被设计开发出来并受到了学术界越来越多的关注，该材料具有陶瓷和金属双重性能，包括陶瓷的高硬度、抗弯性、耐高温、易导热、耐磨损等特性，以及金属材料优异的韧性和导电传热性等。但是目前设计该加工制造的涂层形式单一，大多制造停留在表面，且基材结构简单，主要受限于形成的结构和尺寸。研究人员开始探索金属/陶瓷复合材料的多材料增材制造技术，以期望做出新型复杂结构的材料，但该材料的打印非常困难，因为陶瓷本身并太适合打印，且陶瓷逐层打印与金属界面结合性差，无法充分展示增材制造及金属/陶瓷复合材料的潜力。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种金属/陶瓷复合材料的制备方法及其产品和应用，采用该方法制备出的微观组织选择性定制的增材制造金属/陶瓷复合材料，随定制意图的不同，该材料具有相应的优异功能性和力学性能。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种金属/陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)以金属粉末为原料铺粉，在氩气气氛下，使用连续激光器打印；

2)清洁打印层表面，在氮气气氛下，在选定区域使用脉冲激光器进行氮化处理，得到渗氮层；

3)清洁渗氮层，在氩气气氛下继续使用连续激光器打印；

4)重复步骤1)-步骤3)，即获得金属/陶瓷复合材料。

进一步地，步骤1)中，所述金属粉末为钛合金粉末、不锈钢粉末、铝合金粉末或钛基复合材料粉末。

进一步地，步骤1)中，所述原料铺粉厚度为40-90um。

进一步地，步骤1)中，所述氩气气氛中，O₂500ppm，腔压为40mbar。

进一步地，步骤1)中，所述连续激光器的参数为：激光功率为100-1200W，光斑直径为50-200μm，扫描速度为50-2000mm/s；所述电子束增材制造的参数为：电子束光斑直径为30-100μm，电子束强度为5-50mA，扫描速度为1000-15000mm·s^-1。

进一步地，步骤2)中，所述氮气气氛中，O₂500ppm，腔压为40mbar。

进一步地，步骤2)中，所述脉冲激光器的参数为：激光功率600-2000W，光斑直径1-10mm，喷嘴距0-10mm，氮气流量10-30L/min，搭接量0-80％、运动速度180-3000mm/min。

进一步地，步骤3)中，清洁氮化处理层时使用丙酮清洗。