[发明专利]一种使用选区激光熔化工艺制备SnBi-xFe低熔点复合材料的方法

说明书

本发明属于增材制造领域，涉及一种使用选区激光熔化工艺制备SnBi‑xFe低熔点复合材料的方法，凭借选区激光熔化技术多参数易调控的工艺特点，实现特定的SnBi合金组织，从而使SnBi基体本身兼具较高的强度与塑性；同时增强相Fe颗粒引入第二相强化机制，进一步提高SnBi基体的强度，且选区激光熔化工艺过程易保证各组分混合均匀；另外第二相强化方式对SnBi基体熔点影响有限的同时，大大提高其强度，从而使SnBi‑xFe低熔点复合材料有更宽广的应用场景。

技术领域

本发明属于增材制造领域，涉及一种使用选区激光熔化工艺制备SnBi-xFe低熔点复合材料的方法。

背景技术

低熔点合金通常由 Bi、Sn、Pb、In等低熔点金属元素组成，其中SnBi合金及以SnBi合金为基体的复合材料有着丰富的应用与理论价值。从应用上讲，SnBi合金较窄的熔程与较低的熔化温度（锡铋共晶为137℃），优良的铺展浸润性，相对较高的强度及塑性等特点，使其在电子工业低温钎料应用中被视为无铅钎料的最佳替代之一；在安防领域，亦可作为保险丝及安全结构件的材料；在清洁能源光伏产业，储能工程领域，低温模具领域也有广泛应用；甚至被研究应用于弹药力热缓解结构这类军工领域。

但是，在作为结构件的应用场景中，传统的铸造工艺因Sn相与Bi相易偏析与晶粒粗大，导致成型件力学性能表现不佳。针对该问题，过往学者主要通过在铸造工艺中引入合金化，第二相强化机制，或是引入变形加工等后处理方式提升SnBi基合金的力学性能。但比如铸造过程，其本身可控的工艺参数非常有限，限制了强化手段的使用，若在其中引入颗粒强化，则颗粒分布均匀性不易控制，且基体相晶粒相对粗大，使复合材料的性能难以提升；另外，使用这些工艺实现高精度与复杂结构的零件也十分困难。

发明内容

针对上述不足，本发明提出一种使用选区激光熔化工艺制备SnBi-xFe低熔点复合材料的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种使用选区激光熔化工艺制备 SnBi-xFe低熔点复合材料的方法包括以下步骤：

（1）选用符合选区激光熔化技术成型要求的SnBi合金粉末，与作为强化相的Fe粉；

（2）将SnBi合金粉末与Fe粉末装在一起混合均匀；混粉完成后置于干燥箱中，抽气至预设真空度，加热至预设温度并保持预设时间。

（3）按照成型件几何特征，以及对成型件的目标性能要求，在计算机上建立三维模型，对模型进行选区激光熔化的工艺参数设定，并对该模型进行切片处理；

（4）将基板安装在选区激光熔化成型设备的成型缸并调平，然后将（2）中所得粉末，装入选区激光熔化成型设备的粉料缸中，使用刮刀将粉末铺平，并关闭设备舱门；

（5）在选区激光熔化成型设备的操作系统中，通入保护气以除氧，除氧完成后，导入零件模型并开始打印。打印前可预热基板，以避免基板温度过低，促进基板与SnBi-xFe粉末的冶金结合，但也不宜过高，以避免干扰粉末状态及3D打印样件的性能。

进一步地，步骤（1）中作为强化相的Fe粉，可以是以Fe元素为主要成分的不锈钢粉，颗粒的直径可以为纳米级（0.1nm~0.1um），亚微米级（0.1um~1um），微米级（1um~100um）;Fe粉的质量分数，即SnBi-xFe中的x值，可选0~30%中任意值，且不为0。

进一步地，步骤（2）中使用自动混粉机混粉2~4h，混粉机转动速率20~40rpm，干燥箱真空度设置为≤10^-1Mpa，加热温度设置为40~60℃，保温时间设置为3~5h。