[发明专利]一种闭孔泡沫钢及其激光增材制造技术制备方法

说明书

本发明属于增材制造成型技术领域，具体涉及一种闭孔泡沫钢及其激光增材制造技术制备方法。该方法包括以下步骤：将钢粉与造孔剂充分混合，得到混合粉末；根据尺寸要求，选用激光加工参数和扫描轨迹，进行激光增材制造，得到所述闭孔泡沫钢。本发明开发了一种新的闭孔泡沫钢的激光制备方法，选择由Li₂O.Al₂O₃.nSiO₂和CuO组成的造孔剂，然后利用激光器的程序设置和激光束的扫描，实现闭孔泡沫刚的制备，孔径一般在100μm以内。

技术领域

本发明属于增材制造成型技术领域，具体涉及一种闭孔泡沫钢及其激光增材制造技术制备方法。

背景技术

泡沫钢是一种新型的结构-功能—体化材料。具有密度低、比表面积大、通透性好、冲击能量吸收效率高、机械强度优良等诸多特性，从而在航空航天、汽车船舶等领域有着广阔的应用市场。如航空航天工业应用的超轻质构件、汽车的缓冲装置、新型开发的坦克防爆装甲等。因此，泡沫钢是制造轻质轴承、过滤元件、吸能减震器等的理想材料。泡沫钢分为闭孔和开孔两种，其中闭孔就是内部的孔不连通。在隔热、吸能方面具有非常独特的应用。

泡沫钢的性能虽然卓越优异，传统的制备方法却多存在一定的弊端，传统的制备方法主要有模具法、烧结法和层压法等。如采用模具方法制造时受到模具尺寸的限制；采用粉末冶金烧结的办法的时候存在化学残留；采用层压的方法的时候，只适合制造层压板的简单形状，形状稍微复杂就不易制备。如发明专利“一种泡沫钢的制备方法”(专利号：CN201410181538.7)的制作流程为：将钢合金粉和造孔剂按照体积比1-4∶9-6混合均匀，然后放入模具中压实制块，脱模后干燥，再将干燥后的块料预烧，预烧的条件是以10～20℃/min的速率升温至800-850℃预烧1-2小时，继续将条件温度升至1000～1200℃保温3-5小时，在高温烧结中，合金粉烧结结合，而造孔剂分解挥发去除，烧结完成后随炉冷却至室温，取出即可得到泡沫钢。最新发明专利“泡沫钢材制备装置及方法”(专利号：CN202111107740.1)，所述泡沫钢材制备装置包括烧结箱、脉冲电源、正电极和负电极，烧结箱内具有容纳腔，脉冲电源用于提供脉冲电能，正电极与脉冲电源的正极相连，负电极与脉冲电源的负极相连，且正电极的一端至少部分伸入容纳腔内，负电极的一端至少部分伸入容纳腔内。本发明的泡沫钢材制备装置能够提高泡沫钢的强度和应变吸收能。此处也是采用的烧结的办法。

因此，开发工艺简单、成本可控、孔径分布可控的泡沫钢制备工艺成为解决上述问题的关键。激光增材制造技术在制备泡沫材料方面具有独特的优势。发明专利《一种激光增材制造技术制备闭孔泡沫钢的方法》(专利申请号：202111662923.X)，为激光增材制造技术制备闭孔泡沫钢开辟了一条新的路径。该反应系采用玻璃种中的SiO₂同Fe等材料发生冶金反应的原理而进行的。由于SiO₂本身属于比较温度的氧化物，同时分解温度叶比较高，在激光高温作用下产生与钢基体发生反应生成气体的温度要求比较高，因此虽然可以产生气体，但产生气体的比例相对较低，且产生也相对比较困难。

发明内容

本发明旨在提供一种激光增材制造技术制备闭孔泡沫钢的方法，按照一定比例混合好的钢粉与造孔剂的均匀混合物进行激光增材制造，层层堆积得到泡沫钢，使得闭孔泡沫钢的设计与制造更简单和自由。

按照本发明的技术方案，所述激光增材制造技术制备闭孔泡沫钢的方法，包括以下步骤，

S1、将钢粉与造孔剂充分混合，得到混合粉末；所述造孔剂由Li₂O.Al₂O₃.nSiO₂和CuO组成；其中，n的范围为4-10；

S2、以所述混合粉末作为原料，根据尺寸要求，选用激光加工参数和扫描轨迹，并输入到相应的激光加工操作系统中，获得二维信息，进行激光增材制造，得到所述闭孔泡沫钢。