本發(fā)明涉及金屬增材制造，具體為一種層間涂覆納米zro2顆粒細(xì)化增材制造鎂合金晶粒的方法。

背景技術(shù)：

1、鎂合金具有密度低、比強度和比剛度高、鑄造性能好、導(dǎo)熱性好、耐沖擊等優(yōu)點，是目前最具應(yīng)用潛力的輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料，被廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、電子通訊等領(lǐng)域。但鎂合金常溫塑性變形能力較差，利用傳統(tǒng)的制造方法難以成形一些復(fù)雜構(gòu)件。隨著工業(yè)市場對高質(zhì)量的鎂合金需求越來越高，傳統(tǒng)方法無法滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)Υ蟪叽纭⒔Y(jié)構(gòu)復(fù)雜鎂合金構(gòu)件的制造需求。

2、絲材-電弧增材制造（waam）技術(shù)是以電弧為熱源，以焊絲為原料，在惰性氣體的保護(hù)下，將材料從3d模形數(shù)據(jù)逐層連接到物體上的先進(jìn)的自由形式制造技術(shù)。其無模具、成形自由、低成本等優(yōu)點，為成形復(fù)雜鎂合金構(gòu)件提供了新路徑。但由于鎂合金是一種熱敏材料，在電弧增材制造過程中，熱量的持續(xù)積累會致使鎂合金易出現(xiàn)粗大柱狀晶以及產(chǎn)生孔隙等不良缺陷，這在很大程度上影響了構(gòu)件性能。如何增強鎂合金電弧增材制造構(gòu)件的機械性能并改善各向異性是目前亟待解決的技術(shù)難題。

3、為了改善鎂合金的力學(xué)性能，和改善鑄造缺陷，可通過細(xì)化晶粒來調(diào)整材料的組織和性能，改善鎂合金的強韌性和塑性變形能力。在諸多細(xì)化方法中，添加細(xì)化劑是最實用、操作最方便的鎂合金晶粒細(xì)化方法。zr是鎂合金最有效的晶粒細(xì)化元素之一，添加zr可極大細(xì)化鎂合金晶粒同時提高鎂合金的強度、韌性。但在含al鎂合金中，zr會與al形成穩(wěn)定的al3zr化合物，由于其是體心立方晶體，不能作為鎂合金的異質(zhì)核心。故zr不能直接加入含al鎂合金中。zro2作為一種重要的陶瓷材料，具有高強度、高耐磨性、高熔點、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點，其與鎂合金基體之間存在良好的界面結(jié)合，是制備鎂基復(fù)合材料的理想增強顆粒。因此本發(fā)明選擇納米zro2顆粒作為增材制造鎂合金的晶粒細(xì)化劑，以期通過對增材制造鎂合金晶粒的細(xì)化，來提高材料的強度和韌性。目前還未見在增材制造鎂合金中添加納米zro2顆粒的研究。。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種層間涂覆納米zro2顆粒細(xì)化增材制造鎂合金晶粒的方法，使電弧增材鎂合金中的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小等軸晶，以使材料強度及延伸率顯著提高。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種層間涂覆納米zro2顆粒細(xì)化增材制造鎂合金晶粒的方法，所述方法包括在cmt電弧增材制造系統(tǒng)上，對基板表面處理后，輸出焊絲，在基板表面沉積一層鎂合金，在所沉積的鎂合金表面均勻涂覆含納米zro2顆粒的涂料，經(jīng)過一定層間冷卻時間后再沉積下一層鎂合金，重復(fù)以上過程，直至沉積完成。

4、優(yōu)選地，所述基板和焊絲均為az31鎂合金。

5、進(jìn)一步，所述az31鎂合金按質(zhì)量百分比計包含的成分為：鋁al：2.5~3.5%，鋅zn：0.6~1.4%，錳mn：0.2~1.0%，硅si：≤0.08%，鐵fe：≤0.003%，銅cu：≤0.01%，鎳ni：≤0.001%，余量為鎂mg。

6、優(yōu)選地，每沉積完一層鎂合金，在涂覆含納米zro2顆粒的涂料之前，均包含去除表面氧化層的步驟。

7、進(jìn)一步，所述去除表面氧化層的步驟包含用角磨機對表面進(jìn)行打磨去除表面氧化層。

8、優(yōu)選地，所述cmt電弧增材制造系統(tǒng)的工藝參數(shù)為：保護(hù)氣流量15-20l/min，焊接速度為5-10mm/s，送絲速度為4-10m/min，焊接電流為85-120a，焊接電壓為8-12v，干伸長為5-20mm，再冷卻至20~100℃打磨去除雜質(zhì)后，再采用往復(fù)增材制造路徑增材制造下一層。

9、進(jìn)一步，所述工藝參數(shù)中，增材送絲速度為9m/min，焊接速度為7mm/s，焊接電流為115a，焊接電壓為11.9v，干伸長為15mm。

10、優(yōu)選地，所述層間冷卻時間為100-120s。

11、優(yōu)選地，所述含納米zro2顆粒的涂料為醇基涂料，其中zro2顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-3%，zro2顆粒平均直徑為50nm。

12、進(jìn)一步，所述醇基涂料為zro2顆粒與無水乙醇通過超聲均勻攪拌混合得到。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

14、1、本發(fā)明制備工藝簡潔，制備材料較為常見，價格低，制備時間較短，可以節(jié)省大量時間以及成本；

15、2、本發(fā)明通過層間涂覆zro2納米顆粒極大的細(xì)化了鎂合金晶粒，實現(xiàn)了柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)了材料強塑性協(xié)同提升。

技術(shù)特征：

1.一種層間涂覆納米zro2顆粒細(xì)化增材制造鎂合金晶粒的方法，其特征在于，在cmt電弧增材制造系統(tǒng)上，對基板表面處理后，輸出焊絲，在基板表面沉積一層鎂合金，在所沉積的鎂合金表面均勻涂覆含納米zro2顆粒的涂料，經(jīng)過一定層間冷卻時間后再沉積下一層鎂合金，重復(fù)以上過程，直至沉積完成。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板和焊絲均為az31鎂合金。

3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述az31鎂合金按質(zhì)量百分比計包含的成分為：鋁al：2.5~3.5%，鋅zn：0.6~1.4%，錳mn：0.2~1.0%，硅si：≤0.08%，鐵fe：≤0.003%，銅cu：≤0.01%，鎳ni：≤0.001%，余量為鎂mg。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每沉積完一層鎂合金，在涂覆含納米zro2顆粒的涂料之前，均包含去除表面氧化層的步驟。

5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述去除表面氧化層的步驟包含用角磨機對表面進(jìn)行打磨去除表面氧化層。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述cmt電弧增材制造系統(tǒng)的工藝參數(shù)為：保護(hù)氣流量15-20l/min，焊接速度為5-10mm/s，送絲速度為4-10m/min，焊接電流為85-120a，焊接電壓為8-12v，干伸長為5-20mm，再冷卻至20~100℃打磨去除雜質(zhì)后，再采用往復(fù)增材制造路徑增材制造下一層。

7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述工藝參數(shù)中，增材送絲速度為9m/min，焊接速度為7mm/s，焊接電流為115a，焊接電壓為11.9v，干伸長為15mm。

8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述層間冷卻時間為100-120s。

9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含納米zro2顆粒的涂料為醇基涂料，其中zro2顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-3%，zro2顆粒平均直徑為50nm。

10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述醇基涂料為zro2顆粒與無水乙醇通過超聲均勻攪拌混合得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種層間涂覆納米ZrO<subgt;2</subgt;顆粒細(xì)化增材制造鎂合金晶粒的方法，所述方法包括在CMT電弧增材制造系統(tǒng)上，對基板表面處理后，輸出焊絲，在基板表面沉積一層鎂合金，在所沉積的鎂合金表面均勻涂覆含納米ZrO<subgt;2</subgt;顆粒的涂料，經(jīng)過一定層間冷卻時間后再沉積下一層鎂合金，重復(fù)以上過程，直至沉積完成。本發(fā)明方法工藝簡潔，材料較為常見，制備時間短，在節(jié)省大量的時間和成本的情況下實現(xiàn)了鎂合金晶粒的極大細(xì)化，實現(xiàn)了柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變和材料強塑性的協(xié)同提升。

技術(shù)研發(fā)人員：童志軍,彭康,陳希章,談俊杰,陳林波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：溫州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28