【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及高硬度復合材料激光增材，具體涉及一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置及方法。
技術介紹
1、目前，鎢、鉬、鈮、鉭、鋯、釩等高硬度金屬及金屬化合物，一般具有高熔點特性，在化工、核電、航空航天等領域有重要應用，由于熔點高等原因，該材料多采用粉末冶金工藝進行制造，隨著該類產品結構的復雜化、輕量化，傳統的粉末冶金工藝無法勝任；
2、現有粉末冶金制造中，因鎢、鉬、鈮、鉭、鋯、釩等高硬度金屬及金屬化合物的高熔點特性，多采用粉末冶金工藝進行制造，但隨著市場對該類產品結構的復雜化、輕量化的需求，導致粉末冶金工藝無法勝任的問題，因此提出一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置及方法。
技術實現思路
1、針對現有技術中的問題，本專利技術提供了一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置及方法，通過激光增材制造實現了一種高硬度符合材料了結構的制造，對金屬基體內通過激光增材制造嵌入一種或多種具有高硬度性能的材料，且增材過程中高硬度性能的材料基本未參與金屬再結晶，完全保留材料性能，能夠實現復雜化、輕量化等具有特殊要求產品激光增材制造，通過基體材料和高硬度材料的不同粒度的粉末，達到基體材料熔化包覆添加的特性材料，在通過激光增材過程中高硬度性能的材料基本未參與金屬再結晶，完全保留材料性能，能夠實現復雜化、輕量化等具有特殊要求產品激光增材制造，通過基體材料填充高硬度材料縫隙，以充當骨架結構，適用于零件的局部結構。
2、本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是一種高硬度梯度復
3、具體的，所述激光主光筒底部輸出端形成光路，所述第一末端出粉機構、第二末端出粉機構、第三末端出粉機構和第四末端出粉機構均傾斜式設置，且第一末端出粉機構、第二末端出粉機構、第三末端出粉機構和第四末端出粉機構的輸出方向的交點位于光路上。
4、具體的，所述粉末輸送線路包括第一粉末輸送線和第二粉末輸送線，所述第一粉末輸送線的末端分別與第一末端出粉機構和第三末端出粉機構進料端連接，所述第二粉末輸送線末端分別與第二末端出粉機構和第四末端出粉機構進料端連接。
5、具體的，所述儲粉部包括第一粉末儲罐和第二粉末儲罐，所述第一粉末儲罐的出料端與第一粉末輸送線起始端連接，所述第二粉末儲罐的出料端與第二粉末輸送線的起始端連接。
6、一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置的制造方法，包括以下具體步驟：
7、步驟一：選取基體材料和一種或多種高硬度材料，基體材料負責填充高硬度材料的縫隙，以此充當高硬度材料為骨架結構；
8、步驟二：取15組對基體材料和高硬度材料作業樣品，先行對基體材料進行激光單道試驗，以匹配激光功率、掃描速度、粉末輸送率的參數，并根據材料單道試驗測量結果及剖切結果確定單一材料的成形參數，該參數作為基體材料在激光增材制造中的參數；
9、步驟三：基于基體材料激光增材制造的參數，對一組或多組高硬度材料進行激光單道試驗，選取高硬度材料在基體材料的同參數下熔化率不大于10％的基體材料激光單道試驗組參數，作為激光增材參數并根據需求確定高硬度材料所占的體積分數，并將體積分數換算為材料的質量分數；
10、步驟四：將基體材料和高硬度材料分別置于第一粉末儲罐和第二粉末儲罐中，通過第一粉末輸送線將基體材料對第一末端出粉機構和第三末端出粉機構輸送，通過第二粉末輸送線將高硬度材料對第二末端出粉機構和第四末端出粉機構輸送，完成多路粉末輸送；
11、步驟五：通過激光沉積對基體材料和高硬度材料對零件主體進行梯度過度冶金結合或獨立打印成形。
12、通過上述技術方案，增材過程中高硬度性能的材料基本未參與金屬再結晶，完全保留材料性能，能夠實現復雜化、輕量化等具有特殊要求產品激光增材制造，通過基體材料和高硬度材料的不同粒度的粉末，達到基體材料熔化包覆添加的特性材料，在通過激光增材過程中高硬度性能的材料基本未參與金屬再結晶，完全保留材料性能，能夠實現復雜化、輕量化等具有特殊要求產品激光增材制造，通過基體材料填充高硬度材料縫隙，以充當骨架結構，適用于零件的局部結構。
13、具體的，所述激光增材制造的具體步驟如下：
14、步驟一：通過第一末端出粉機構和第三末端出粉機構對激光主光筒的光路作業面送粉，同時，通過第二末端出粉機構和第四末端出粉機構對激光主光筒的光路作業面送粉，使基體材料的粉末顆粒填充于高硬度材料的粉末顆粒的縫隙中；
15、步驟二：通過激光主光筒的激光輻射能量形成的光路將作業面上的基體材料完全熔化，且完全熔化的基體材料形成熔池，未熔化的高硬度材料位于熔池內部不受反應，并保持高硬度材料的原有特性，完成高硬度復合材料的激光沉積制造。
16、具體的，所述激光主光筒的激光輻射能量形成的光路對粉末的掃描方式通過采用短邊關光非回填負搭接方式進行層間掃描成形，層間掃描軌跡采用直角交錯，降低成形過程局部熱輸入。
17、通過采用上述技術方案，通過短邊關光非回填負搭接方式進行層間掃描成形，助于減少激光掃描時的能量浪費，提高掃描效率，并減少熱影響區域，從而降低熱應力集中的風險，且激光掃描線在形成一層后，不會再次掃描同一區域回填，有助于減少打印時間，并降低由于多次掃描同一區域而導致的熱輸入增加，在層間掃描時，相鄰兩層之間的掃描線并不完全重疊，而是形成一種“負”的重疊區域，后一層的掃描線僅部分覆蓋前一層的掃描線，或者完全不覆蓋，從而形成一種特殊的掃描模式，目的是減少層間熱輸入，降低熱應力集中的風險，并可能提高零件的打印質量和精度；
18、同樣的，直角交錯指層間掃描中，相鄰兩層的掃描軌跡之間形成直角90度的交錯，助于更均勻地分布熱輸入，減少由于連續掃描同一方向而導致的熱積累，同時提高了零件的強度和剛度，因不同方向的掃描軌跡可以相互支撐，減少打印過程中的變形和翹曲。
19、具體的，所述基體材料為tc4，所述高硬度材料為wc。
20、本專利技術的有益效果：采用不同粒度的粉末，達到基體材料熔化包覆添加的特性材料，通過激光增材制造實現了一種高硬度符合材料了結構的制造，對金屬基體內通過激光增材制造嵌入一種或多種具有高硬度性能的材料，且增材過程中高硬度性能的材料基本未參與金屬再結晶，完全保留材料性能，能夠實現復雜化、輕量化等具有特殊要求產品激光增材制造，通過基體材料填充高硬度材料縫隙，以充當骨架結構，適用于零件的局部結構，解決現有粉末冶金制造中，因鎢、鉬、鈮、鉭、鋯、釩等高硬度金屬及金屬化合物的高熔點特性，多采用粉末冶金工藝進行制造，但隨著市場對該類產品結構本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置，其特征在于，包括環境密封系統(3)、儲粉部、粉末輸送線路、末端出粉部和激光主光筒(1)，所述末端出粉部和激光主光筒(1)均安裝于環境密封系統(3)中，所述激光主光筒(1)位于環境密封系統(3)的中部，所述末端出粉部包括第一末端出粉機構(11)、第二末端出粉機構(12)、第三末端出粉機構(13)和第四末端出粉機構(14)，所述第一末端出粉機構(11)、第二末端出粉機構(12)、第三末端出粉機構(13)和第四末端出粉機構(14)沿激光主光筒(1)外周等距離安裝。
2.根據權利要求1所述的一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置，其特征在于，所述激光主光筒(1)底部輸出端形成光路(4)，所述第一末端出粉機構(11)、第二末端出粉機構(12)、第三末端出粉機構(13)和第四末端出粉機構(14)均傾斜式設置，且第一末端出粉機構(11)、第二末端出粉機構(12)、第三末端出粉機構(13)和第四末端出粉機構(14)的輸出方向的交點位于光路(4)上。
3.根據權利要求2所述的一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置，其特征在于
4.根據權利要求3所述的一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置，其特征在于，所述儲粉部包括第一粉末儲罐和第二粉末儲罐，所述第一粉末儲罐的出料端與第一粉末輸送線(21)起始端連接，所述第二粉末儲罐的出料端與第二粉末輸送線(22)的起始端連接。
5.基于權利要求1-4中任一項所述的一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置的制造方法，其特征在于，包括以下具體步驟：
6.根據權利要求5所述的一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置的制造方法，其特征在于，所述激光增材制造的具體步驟如下：
7.根據權利要求6所述的一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置的制造方法，其特征在于，所述激光主光筒(1)的激光輻射能量形成的光路(4)對粉末的掃描方式通過采用短邊關光非回填負搭接方式進行層間掃描成形，層間掃描軌跡采用直角交錯，降低成形過程局部熱輸入。
8.根據權利要求7所述的一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置的制造方法，其特征在于，所述基體材料為TC4，所述高硬度材料為WC。
...【技術特征摘要】
1.一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置，其特征在于，包括環境密封系統(3)、儲粉部、粉末輸送線路、末端出粉部和激光主光筒(1)，所述末端出粉部和激光主光筒(1)均安裝于環境密封系統(3)中，所述激光主光筒(1)位于環境密封系統(3)的中部，所述末端出粉部包括第一末端出粉機構(11)、第二末端出粉機構(12)、第三末端出粉機構(13)和第四末端出粉機構(14)，所述第一末端出粉機構(11)、第二末端出粉機構(12)、第三末端出粉機構(13)和第四末端出粉機構(14)沿激光主光筒(1)外周等距離安裝。
2.根據權利要求1所述的一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置，其特征在于，所述激光主光筒(1)底部輸出端形成光路(4)，所述第一末端出粉機構(11)、第二末端出粉機構(12)、第三末端出粉機構(13)和第四末端出粉機構(14)均傾斜式設置，且第一末端出粉機構(11)、第二末端出粉機構(12)、第三末端出粉機構(13)和第四末端出粉機構(14)的輸出方向的交點位于光路(4)上。
3.根據權利要求2所述的一種高硬度梯度復合材料的激光增材制造裝置，其特征在于，所述粉末輸送線路包括第一粉末輸送線(21)和第二粉末輸送線(22)，所述第一粉末輸送線(21)的末端分別...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李怡超，張興陽，任林楠，李欣紅，蔡陽，于鑫，李澄，李廣生，李寧，
申請(專利權)人：沈陽精合數控科技開發有限公司，
類型：發明
國別省市：
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