一种基于复合材料增材制造低缺陷金属陶瓷零部件的方法

1.本发明属于制造领域的3d打印技术，具体涉及到一种基于复合材料增材制造低缺陷金属陶瓷零部件的方法。


背景技术：

2.涂层材料与基体之间良好的润湿性有助于两者之间的结合，低熔点金属与一些活性金属及相关化合物通常被用作增材制造使用材料。近几年，陶瓷颗粒以其优异的性能受到越来越多的关注。tic与tib2陶瓷相增强金属基复合涂层具有良好的热稳定性、高硬度、高强度及耐磨损等性能从而被广泛应用。
3.磨损、腐蚀以及断裂是金属材料三大失效形式，也是造成金属机械部件失效报废的重要原因。为了对腐蚀或磨损失效后的机械件进行修复使其恢复原有性能或者避免磨损或者腐蚀造成的金属部件提前失效报废，目前常用热喷涂、冷喷涂、电镀、pvd、 cvd、表面堆焊等技术对机械件表面进行处理，以期失效机械件进行再使用并减少或延缓金属表面的 磨损或腐蚀。随着激光增材制造技术的不断发展和完善，激光增材制造技术逐渐应用于金属机械部件表面的处理，延长机械部件的使用寿命。
4.激光增材制造技术是一种在激光束作用下采用预制涂层或同步送料法将待熔覆材料熔覆于金属表面的工艺。该技术形成的打印层与基体呈冶金结合，可改善材料表面性能。


技术实现要素：

5.在激光增材制造过程中，由于粉末之间有较多空隙，而且易发生粉末飞溅的现象，容易产生裂纹或剥落现象，极大的降低表面成形质量。此外，由于相邻两层打印层成形质量的下降，造成打印层结合处质量下降，对零部件的耐磨性、抗冲击性等性能有较大的影响。本发明提供了一种基于复合材料增材制造低缺陷金属陶瓷零部件的方法，内部缺陷降低90%-95%的零部件。
6.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：一种基于复合材料增材制造低缺陷金属陶瓷零部件的方法，包括以下步骤：s1、陶瓷粉末处理陶瓷粉末由tic和tib2两种粉末以不同比例分别加入球磨机里混合2h，随后放入60℃真空烘箱中烘干2h，其中，tic和tib2两种粉末的质量分数之和为100%；s2、复合材料制备用压片机将烘干后的混合陶瓷粉末进行压实后，置于两片金属箔片中，再利用以1-5mpa的压力将粉末与金属箔片压实，得用于增材制造的复合材料；s3、激光增材制造将复合材料置于基体表面，使用raycus rel-a2000d光纤激光器，控制激光光源有选择的熔融预铺设的复合材料，再继续铺设复合材料继续熔融，重复30-50层，待打印结束
后，即得内部缺陷降低90%-95%的零部件。
7.进一步的，步骤s1中所述tic粉末的纯度为99.99%，平均粒径40-80nm，所述tib2粉末的纯度为99.9%，平均粒径为1-4μm。
8.进一步的，步骤s1中球磨机的转速为700rpm。
9.进一步的，步骤s2中金属箔片的厚度为0.03mm-0.1mm。
10.进一步的，步骤s2中压实混合陶瓷粉末的压力为15-100mpa。
11.有益效果：相比于现有技术，本发明一种基于复合材料增材制造低缺陷金属陶瓷零部件的方法，基于激光增材制造技术，将陶瓷粉末压实后，用两片金属箔片包覆并进行压缩，有效的减小了陶瓷颗粒之间的孔隙，预防了激光增材制造过程中的陶瓷粉末飞溅，提高了零部件的成形质量。
附图说明
12.图1为本发明的工艺方法的流程图；图2为实施例1的粉末比例示意图；图3为实施例2的粉末比例示意图；图4为实施例3的粉末比例示意图。
具体实施方式
13.本发明的技术方案是以tic和tib2粉末为主体材料，借助激光增材制造技术，制备性能较好的零部件。
14.实施例1如图1，一种基于复合材料增材制造低缺陷金属陶瓷零部件的方法，包括以下步骤：s1、陶瓷粉末处理陶瓷粉末由纯度为99.99%，平均粒径40nm的tic粉末和纯度为99.9%，平均粒径为1μm的tib2粉末放入球磨机中，以700rpm的工况研磨2小时，随后放入60℃真空烘箱中烘干2h。
15.如图2所示，共制备6组粉末，其中，第一组为100wt.%的tic粉末；第二组为80wt.%的tic粉末与20wt.%的tib2粉末混合制备；第三组为60wt.%的tic粉末与40wt.%的tib2粉末混合制备；第四组为40wt.%的tic粉末与60wt.%的tib2粉末混合制备；第五组为20wt.%的tic粉末与80wt.%的tib2粉末混合制备；第六组为100wt.%的tib2粉末。
16.s2、复合材料制备首先，将步骤s1中制备的陶瓷粉末用压片机以15-100mpa的力进行压实；随后，将压实后的陶瓷粉末块放置于两层0.03mm的金属箔片中，用小型台式电动连续压片机器将金属箔片与陶瓷粉末压实，制备所需的用于增材制造的复合材料，其中每层陶瓷粉末厚度0.1mm。
17.s3、激光增材制造将制备的复合材料放在基体表面，使用raycus rel-a2000d光纤激光器，控制激光
光源有选择的熔融预铺设的复合材料，然后继续逐层放置已制备的复合材料，直至打印完毕，从而打印出性能较好的零部件。
18.实施例2如图1，一种基于复合材料增材制造低缺陷金属陶瓷零部件的方法，包括以下步骤：s1、陶瓷粉末处理陶瓷粉末由纯度为99.99%，平均粒径40nm的tic粉末和纯度为99.9%，平均粒径为1μm的tib2粉末放入球磨机中，以700rpm的工况研磨2小时，随后放入60℃真空烘箱中烘干2h。
19.如图3所示，共制备5组粉末，其中，第一组为100wt.%的tic粉末；第二组为25wt.%的tic粉末与75wt.%的tib2粉末混合制备；第三组为50wt.%的tic粉末与50wt.%的tib2粉末混合制备；第四组为75wt.%的tic粉末与25wt.%的tib2粉末混合制备；第五组为100wt.%的tib2粉末。
20.s2、复合材料制备首先，将步骤s1中制备的陶瓷粉末用压片机以15-100mpa的力进行压实；随后，将压实后的陶瓷粉末块放置于两层0.04mm的金属箔片中，用小型台式电动连续压片机器将金属箔片与陶瓷粉末压实，制备所需的用于增材制造的复合材料。其中每层陶瓷粉末厚度0.12mm。
21.s3、激光增材制造将制备的复合材料放在基体表面，使用raycus rel-a2000d光纤激光器，控制激光光源有选择的熔融预铺设的复合材料，然后继续逐层放置已制备的复合材料，直至打印完毕，从而打印出性能好的零部件。
22.实施例3如图1，一种基于复合材料增材制造低缺陷金属陶瓷零部件的方法，包括以下步骤：s1、陶瓷粉末处理陶瓷粉末由纯度为99.99%，平均粒径40nm的tic粉末和纯度为99.9%，平均粒径为1μm的tib2粉末放入球磨机中，以700rpm的工况研磨2小时，随后放入60℃真空烘箱中烘干2h。
23.如图4所示，共制备4组粉末；其中，第一组为100wt.%的tic粉末；第二组为33.33wt.%的tic粉末与66.67wt.%的tib2粉末混合制备；第三组为66.67wt.%的tic粉末与33.33wt.%的tib2粉末混合制备；第四组为100wt.%的tib2粉末。
24.s2、复合材料制备首先，将步骤s1中制备的陶瓷粉末用压片机以15-100mpa的力进行压实；随后，将压实后的陶瓷粉末块放置于两层0.05mm的金属箔片中，用小型台式电动连续压片机器将金属箔片与陶瓷粉末压实，制备所需的用于增材制造的复合材料，其中每层陶瓷粉末厚度0.13mm。
25.s3、激光增材制造将制备的复合材料放在基体表面，使用raycus rel-a2000d光纤激光器，控制激光
光源有选择的熔融预铺设的复合材料，然后继续逐层放置已制备的复合材料，直至打印完毕，从而打印出性能好的零部件。
26.综上所述，本发明基于激光增材制造技术，将陶瓷粉末压实后，用两片金属箔片包覆并进行压缩，有效的减小了陶瓷颗粒之间的孔隙，预防了激光增材制造过程中的陶瓷粉末飞溅，内部缺陷降低90%-95%的零部件，提高了零部件的成形质量。