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一種激光?感應復合熔化沉積纖維增強金屬基復合材料的方法與流程

文檔序號:12049436閱讀:來源:國知局

技術特征:

1.一種激光-感應復合熔化沉積纖維增強金屬基復合材料的方法,其方法與步驟為:

(1)利用專用CAD軟件生成纖維增強金屬基復合材料零件的三維CAD實體模型,然后切割成若干相互平行的薄片,實現將零件的三維立體數據轉換成一系列的二維平面數據,并在數控加工臺上生成激光-感應復合熔化熱源的掃描路徑;

(2)對纖維進行粗化、敏化、活化與化學鍍處理,在直徑為0.2~10μm的纖維表面形成厚度為20~50μm的鍍鎳層,其中纖維為碳纖維、石英纖維或玻璃纖維;纖維進行粗化時溶液配方為:鉻酸200~300g/l,濃硫酸150~300ml/l,溫度50~60℃,時間90~120min;敏化時溶液配方為:膠體鈀6~10ml/l,鹽酸200~300ml,溫度30℃,時間40~60s;活化時溶液配方:氫氧化鈉9~11g/l,溫度30~40℃,時間15~30s;化學鍍Ni時溶液配方為:六水合硫酸鎳35~60g/L,次亞磷酸鈉25~40g/L,二水合檸檬酸三鈉25~50g/L,氯化銨35~45g/L,加入5~10g/L氨水,溫度30~38℃,pH=8~9,溫度40~60min;在粗化、敏化、活化與化學鍍Ni后,都需要對纖維用去離子水沖洗5~10min,然后在100~120℃的烘箱內烘干;

(3)采用三組專用纖維編織模板,將纖維編織成相互平行的結構,其中專用纖維編織模板由兩個完全相同且表面均勻分布有群孔的304不銹鋼板組成,編織的纖維與304不銹鋼板表面垂直,304不銹鋼板的尺寸為20×20×0.2cm3,纖維編織的厚度為0.1~1.2mm,纖維編織的底部與基材表面接觸;

(4)專用纖維編織模板其中的一塊304不銹鋼板固定在基材的端面,另一塊304不銹鋼板固定在激光-感應復合熔化沉積裝置的加工頭上,且位于激光-感應復合熔化熱源前端3~5mm處,編織纖維的長度方向與激光掃描方向平行;

(5)在真空室內將激光器產生的激光束與自動送粉器的粉末噴嘴定位于感應加熱區內,實現激光熱源與感應加熱源的復合;利用粉末噴嘴將合金粉末吹入激光-感應復合熔化熱源形成的熔池內,當激光-感應復合熔化熱源移開后,熔融的合金粉末快速凝固并將纖維包覆起來,形成纖維增強金屬基沉積層;

激光功率為1~5kW,激光掃描速度為600~3500mm/min,粉末流量為10~120g/min,粉末噴嘴與基材表面的夾角為40~60°,基材被感應加熱的溫度為500~1100℃,感應加熱線圈與編織纖維的距離為2~5mm,粉末噴嘴與編織纖維的垂直距離為8~12mm,單層沉積層的厚度為0.2~1.3mm,合金粉末的粒徑為20~45μm;

合金粉末為Ni基合金、Fe基合金或Al基合金,其中Ni基合金粉末的化學成分為:C0.2wt.%,Si2.2wt.%,B1.0wt.%,Nb3.0wt.%,Fe8.0wt.%,Cr2.8wt.%,Ce2O30.8%,余量為Ni;Fe基合金粉末的化學成分為:C0.4wt.%,Si0.7wt.%,Ni9.2wt.%,Y2O32.2wt.%,V2.1wt.%,Cr17.2wt.%,Mn8.5wt.%,余量為Fe;Al基合金粉末的化學成分為:Zn6.2wt.%,Mg2.25wt.%,Cu2.3wt.%,Zr0.1wt.%,Si0.12wt.%,Al2O36.2wt.%,余量為Al;

(6)當在基材表面沉積完一道之后,沿著激光掃描速度的垂直方向移動加工機床,其移動的距離為激光束光斑直徑的40~50%;

(7)重復步驟(5)-(6),直到沉積層寬度滿足零件寬度要求;

(8)檢測沉積層是否滿足零件高度要求,如果沒有,將安裝有另一塊304不銹鋼板的激光-感應復合熔化沉積裝置的加工頭與感應加熱線圈沿Z軸向上升到與CAD二維薄片厚度相等的距離,然后按下一層的掃描軌跡進行激光-感應復合熔化沉積,當所有的二維薄片都被掃描完成后,最終形成三維纖維增強金屬基復合材料。

2.根據權利要求1所述的一種激光-感應復合熔化沉積纖維增強金屬基復合材料的方法,其特征在于進行所述的步驟(3)時,纖維經過化學鍍鎳后的直徑為20.2~60μm,將編織模板分為三組:第一組模板①群孔孔徑為35.1μm,孔間距為35.2~45μm;第二組模板②群孔孔徑為45.1μm,孔間距為45.2~60μm;第三組模板③群孔孔徑為60.1μm,孔間距為60.2~70μm;當鍍Ni層纖維直徑為20.2~35μm時,選用模板①;當鍍Ni層纖維直徑為35.001~45μm時,選用模板②;當鍍Ni層纖維直徑為45.001~60μm時,選用模板③;選定模板后,根據纖維編織的厚度,選擇相鄰或不相鄰孔洞進行編制,實現纖維之間距離的可控。

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