本發明涉及金屬粉末材料領域，特別涉及一種泡沫金屬材料制備方法。

背景技術：

泡沫金屬材料既具有一般多孔材料所具有的輕質等特性,又具有優良的機械性能和熱、電等物理性能,并且比聚合泡沫更易于再生,擴大了多孔材料的應用范圍。具有質輕、較高比強度、阻尼減震、高沖擊能量吸收和優異的吸音、隔熱、散熱、電磁屏蔽等多種物理性能，己在航空、航天、汽車制造、軌道交通等領域得到了應用。近年來,新工藝發展使得泡沫金屬的質量大有好轉,而且新材料的應用條件也改變了很多。例如:在汽車工業里,由于安全和保護環境方面的日趨增加的需求,人們開始考慮利用泡沫金屬。

制造泡沫金屬材料可以使用熔體發泡法該法的原理是在金屬液中加入發泡劑,使其受熱產生分解,在溶液中形成氣泡,然后冷卻凝固。其缺點是發泡過程難以控制,溶液中的發泡劑分解產生氣泡,氣泡逐漸上浮并在上浮過程中合并長大,引起制品中氣泡分布不均勻且局部氣泡尺寸過大。還有粉體發泡法，首先混合一定比例的金屬粉末和發泡劑粉末,壓實得到密實的預制品,然后在基體金屬的熔點附近進行熱處理,使發泡劑分解,釋放出的氣體迫使壓實的預制品膨脹成為泡沫金屬，粉體發泡法比熔體發泡法實際操作容易控制，但是孔洞大小和其均勻性還不好保證。

中國專利201010587152.8涉及一種泡沫鋁的制備方法，尤指一種只須將鋁一次泡沫化即可制得泡沫鋁制品的一次熔體發泡制備泡沫鋁的方法，步驟包括:啟動熱電爐加熱至800℃使鋁完全熔化；將溫度降至680℃時往鋁液里添加金屬鈣并攪拌，使得熔體的表面粘度增加；將氫化鈦進行預處理后填加到熔體中并攪拌使得氫化鈦在熔體中均勻分布，充分分解；將模具進行加熱，將熔體放入經過熱處理后的模具中，在650℃的溫度下保溫發泡，將預制件取出，空冷使高溫泡沫熔體在模具中定形，然后將預制件取出水冷，即可獲得泡沫鋁制品。該方法制得的泡沫金屬孔洞大小和其均勻性還不好保證。

技術實現要素：

本發明提供一種泡沫金屬材料的制備方法，利用金屬粉末采用3d打印的工藝可以得到可控制的孔洞大小和孔洞分布，得到質量良好的泡沫金屬材料，解決泡沫金屬孔洞大小和其均勻性不好保證的問題。并且孔洞分布和形狀可根據材料的用途進行設計得到各種性能的泡沫金屬材料。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種泡沫金屬材料制備方法，采用金屬粉末，利用3d打印工藝制備泡沫孔洞大小和孔洞分布可調可控制的泡沫金屬材料。

進一步，所述制備步驟如下：

1)工藝設計：首先建立三維數模并將三維數模導入，然后對三維數模進行分層，并搭建工藝支撐；

2)加工前準備；

3)零件打印，具體包括：

(a)送粉：利用刮刀將金屬粉末從剩粉腔中送入打印工作腔；

(b)鋪粉：刮刀以特定厚度進行鋪粉；

(c)刮刀退回：鋪粉完成后，刮刀向上抬高1mm，然后退回鋪粉起始位置；

(d)激光選區燒結：啟動激光器對鋪好的粉末進行燒結；

(e)重復(b)、(c)、(d)三步直至零件打印完成；

(f)回收多余粉末：打印完成之后，對多余的粉末進行回收處理；

4)零件后處理。

進一步，所述泡沫金屬材料的孔洞形狀為四面體、六面體、十二面體、三棱柱、六棱柱或橢圓，孔徑大小0.1-6mm；或者所述泡沫金屬材料的孔膜結構為三角形孔膜、四面體孔膜、六面體孔膜或十二面體孔膜，孔膜內徑大小0.1-5mm，壁厚0.3—3mm；或者所述泡沫金屬材料的空間網架結構為空間三角形桁架或者空間四面體桁架。

進一步，所述金屬粉末為cu、ag、ti、zn、al、不銹鋼、fe及其合金粉末的任一一種或多種，金屬粉末的粒度范圍為20μm-150μm。

本發明方法制備的泡沫金屬材料孔洞分布和形狀可根據材料的用途進行設計得到各種性能的泡沫金屬材料，且可以解決傳統制備過程中泡沫體塌落、泡沫體內產生裂縫、泡沫體內產生大空腔及無泡層較厚等問題。

附圖說明

圖1六棱柱孔洞形狀泡沫鋁合金板示意圖；

圖2三角形孔膜泡沫鈦合金示意圖；

圖3空間桁架泡沫不銹鋼板示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明，但并不意味著對本發明保護范圍的限制。

本發明提供一種泡沫金屬材料的制備方法，具體實施步驟如下：

1)工藝設計：首先建立三維數模并將三維數模導入，然后對三維數模進行分層，并搭建工藝支撐；

2)加工前準備：

(a)清理機床：將3d打印機床清理干凈，保證不含雜質及其他金屬粉末；

(b)校正刮刀水平度：對刮刀水平度進行校正；

(c)沖入保護氣體：對3d打印機床工作腔內持續不斷的沖入保護氣保護；

(d)裝入金屬粉末：將需要打印的粉末裝入3d打印機床工作腔中；

(e)手工初步鋪平粉末：用鏟子將粉末手工初步鋪平；

(f)自動鋪平粉末：打開機床自動鋪粉功能，對粉末進行進一步鋪平；

(g)校正粉末水平度：對粉末的水平度進行檢驗和校正

3)零件打印

(a)送粉：利用刮刀將金屬粉末從剩粉腔中送入打印工作腔；

(b)鋪粉：刮刀以特定厚度進行鋪粉；

(c)刮刀退回：鋪粉完成后，刮刀向上抬高1mm，然后退回鋪粉起始位置；

(d)激光選區燒結：啟動激光器對鋪好的粉末進行燒結；

(e)重復(b)、(c)、(d)三步直至零件打印完成；

(f)回收多余粉末：打印完成之后，對多余的粉末進行回收處理；

4)零件后處理：

(a)打光：鉗工對零件進行表面打光；

(b)熱處理：對打印好的零件進行退火處理；

(c)吹砂：對熱處理后的零件進行去應力吹砂；

5)檢驗：對后處理好的零件進行成品檢驗。

具體實施例如下：

實施例1

制備泡沫鋁合金材料如圖1，建立泡沫材料的三維數模，孔洞形狀為六棱柱，并均勻分布，然后準備20μm-50μm的a356鋁合金粉末，對3d打印機床充入氮氣進行保護，然后進行零件打印，零件打印結束后，對零件進行打光，熱處理，吹沙，檢驗。

實施例2

制備泡沫鈦合金材料如圖2，建立泡沫材料的三維數模為三角形孔膜結構，并均勻分布，然后準備50μm-100μm鈦合金金屬粉末，對3d打印機床充入氮氣進行保護，然后進行零件打印，零件打印結束后，對零件進行打光，熱處理，吹沙，檢驗。

實施例3

制備泡沫不銹鋼合金材料如圖3，建立泡沫材料的三維數模，空間三角形桁架結構，然后準備100μm-150μm不銹鋼合金金屬粉末，對3d打印機床充入氮氣進行保護，然后進行零件打印，零件打印結束后，對零件進行打光，熱處理，吹沙，檢驗。

此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其各部分名稱等可以不同，凡依本發明專利構思所述的構造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發明專利的保護范圍內。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發明的結構或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發明的保護范圍。