[发明专利]一种陶瓷颗粒增强金属零件的制备方法

摘要

本发明涉及一种陶瓷颗粒增强金属零件的制备方法，包括如下步骤：金属氧化物生成热力学与动力学条件的分析、成形件数模切片分层处理、金属粉末送粉比的精确控制及导入、惰性气体和氧气的混合及导入、成形件的激光增材制造、成形件的后处理以及最终成形件的无损检测。与其它技术相比，采用本发明的制备方法具有操作方便、性能可靠，综合成本低、成形件重量轻，表面光滑，能够满足使用要求、提高其使用寿命等优点。

主权项

一种陶瓷颗粒增强金属零件制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：1)金属氧化物生成热力学与动力学条件的分析：在采用激光增材制造直接制备金属零件时，在有氧环境的情况下，金属粉末表面会形成与基体结合较差的氧化膜，在随后的逐层制造时，这些氧化膜会脱落、缩聚，形成陶瓷微颗粒，分析金属氧化物生成热力学与动力学的条件可得其生成的数量及尺寸范围；2)成形件数模切片分层处理：在增材制造机床的工作台上，工控机内置有CAD三维建模软件并建立三维模型图，对所建立的三维模型进行分层切片处理得到每层切片材料组分信息和切片周围轮廓轨迹，其中每层分层切片的厚度为8‑50μm；根据每层分层切片的组分信息和切片的周围轮廓轨迹信息，生成激光打印系统和送粉器的扫描路径；3)金属粉末送粉比的精确控制及导入：工控机根据每层分层切片工艺参数的设计要求，确定陶瓷的氧化物类型，金属粉末与陶瓷微颗粒的重量份数百分比为95:5，工控机精确控制用于成形的金属粉末及将氧化形成陶瓷微颗粒的送粉比；其中，对于激光熔覆，通过送粉器进行送粉，对于激光选区熔化和激光选区烧结，通过粉末床进行铺粉；4)惰性气体和氧气的混合及导入：为了保证陶瓷微颗粒形成的条件，采用惰性气体和氧气的混合气体，由于在氧气与金属粉末发生反应时生成金属氧化物属于放热反应，它所产生的热量能够用于使得较不活泼的金属粉末发生熔化或者达到其烧结温度；将增材制造成形设备抽真空，使得成形设备内的压力达到0.1‑0.5MPa后，导入惰性气体和氧气的混合气体，其体积比为3:1‑5:1，导入混合气体是采用不易氧化材料制成的通气阀；5)成形件的激光增材制造：将至少两种不同金属粉末按配比要求使用混粉机进行充分均匀混合，并将混合后的粉末放置在100‑200℃的烘干箱中进行烘干1‑1.5小时处理；将烘干处理后的混合粉末放置在3D打印机送粉器的粉筒中留作备用；计算机控制系统控制3D打印机送粉器喷头和激光器组件的送粉速率和送粉量、启动激光器供气装置；其中激光器组件包括用于激光熔覆的激光器和用于激光选区熔化和烧结的激光器；其中，用于激光熔覆的激光器进行激光熔覆时，具体参数为：功率P＝1000‑5000W，光斑直径D＝2‑8mm，扫描速度V＝2‑3m/min，搭接率为30‑40％；用于激光选区熔化和烧结的激光器工作时，具体参数为：功率P＝200‑500W，光斑直径D＝2‑4mm，扫描速度V＝0.5‑1m/min，搭接率为30‑40％；在逐层加工时，金属混合粉末一部分在激光熔覆时发生熔化，另一部分与氧气发生反应形成陶瓷微颗粒并且在金属粉末基体中均匀分布,每层完成后，在混合气体条件下，停留时间为5‑10min；6)成形件的后处理：对经过上述步骤5)制得的成形件进行热处理、抛光或者机加处理后处理；7)最终成形件的无损检测：对上述步骤6)中经过后处理得到的陶瓷颗粒增强金属成形件的设定区域进行硬度、耐磨强度和耐蚀性检测。