一种通过电弧增材制造进行铝碳化硅复合材料丝材打印的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过电弧增材制造进行铝碳化硅复合材料丝材打印的方法，所述复合材料由下述配比的物质组成：质量分数为5~15%的碳化硅，余量为铝合金。所述的复合材料经铝碳化硅复合材料铸锭拉拔成丝，以及丝材打印成形这两步法完成。本发明专利技术的复合材料具有较高的比强度、比刚度、弹性模量，可广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域复杂结构件的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种通过电弧增材制造进行铝碳化硅复合材料丝材打印的方法
本专利技术涉及一种通过电弧增材制造进行铝碳化硅复合材料丝材打印的方法，属于金属基复合材料及增材制造领域。
技术介绍
铝碳化硅复合材料兼具铝合金及碳化硅陶瓷的特点，相比于普通铝合金，其韧性稍有降低，但是比强度、比刚度、弹性模量、耐摩擦性能大幅提高，热膨胀系数减小，尺寸稳定性提高，因此铝碳化硅复合材料在航空航天、汽车、船舶等领域都有着巨大的应用前景。然而，由于材料中增强相的存在，铝碳化硅复合材料的机加工不易，很难达到较高的尺寸精度，且加工过程中损失的料重较大，这就造成了材料成本的浪费。基于此，开发一种增材制造方法来制备铝碳化硅复合材料具有迫切的现实意义。电弧增材制造技术是一种用电弧为载能束的增材制造技术，通过丝材的添加，逐层堆叠熔化的丝材，从而形成金属零件。它具有沉积率高，丝材利用率高，成型尺寸大，整体制造周期短，成本低等优点。如何将铝碳化硅复合材料坯锭制备成适于电弧增材制造的丝材以及丝材打印过程中如何控制工艺参数是打印成形的关键。本专利技术要解决的两个难点，一是铝基复合材料由于加入的增强颗粒为陶瓷相，它们之间的热膨胀系数差异往往较大，这就导致在拉拔过程中产生较大的应力而出现裂纹；二是解决打印过程中的问题，保证丝材在打印中顺利成形。CN2017101591144提供了一种生物医用镁合金丝的制备方法，属于金属材料领域，通过将镁和锌熔化后，经过搅拌、精炼处理，浇铸成合金铸锭，再将合金铸锭进行均匀化处理，或者不经热处理直接进行等通道挤压，最后将等通道挤压的镁锌合金进行多道次拉拔加工成丝材。当丝材拉拔完成后，得到单相的过饱和固溶体，其强度和延伸率都要高于没有经过等通道挤压的直接拉拔得到的丝材，即满足了强度和塑性的需要，也使得材料的耐蚀性得到大幅的提升。CN2018105218716公开了一种电弧增材制造方法，根据成形目标零件的材料要求选用相应的热源类型、成形丝材和基板的材料类型，建立成形目标零件的CAD几何模型，提取STL模型，对STL模型进行分析，对STL模型进行切片处理，自动规划成形路径，生成打印所需的G代码文件，并将G代码传输至打印机，设置打印参数，启动打印设备，设置打印零件的形状尺寸，按照规划路径逐层进行金属薄层打印；待打印机将全部层片打印完毕，焊枪息弧，即可得到成形目标零件。CN2018115123869公开了一种铝合金悬空结构件电弧增材制造方法，包括：对铝合金悬空结构件的待增材区域进行预处理；将预处理后的铝合金悬空结构件固定于工作平台上；设定起弧点、收弧点位置及增材路径；其中，所述增材路径包括多层待增材层；利用焊机对所述多层待增材层中的第一层进行增材制造；设定所述预处理后的铝合金悬空结构件的线能量达到预设能量值；沿垂直所述增材路径的方向偏移，利用所述焊机进行下一层的堆积，以形成90°的水平悬空结构；重复执行上述步骤，以形成符合预设条件的铝合金悬空结构件。本专利技术采用层间偏移的方法使熔敷金属重力与表面张力二力平衡从而实现悬空结构成形，能够提高电弧增材材料的利用率，缩短电弧增材制造周期。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过电弧增材制造进行铝碳化硅丝材打印的方法，其特征在于，所述复合材料由下述配比的物质组成：质量分数为5～15％的碳化硅，余量为铝合金。本专利技术的优选技术方案中，所述复合材料中碳化硅的质量分数为5-15％，优选为5-7.5％。本专利技术的优选技术方案中，所述复合材料中碳化硅颗粒的中值粒径为3～30μm，更优选为3-10μm，还优选为3-5μm。本专利技术的优选技术方案中，所述复合材料的铝基体合金的组成(质量分数)为Si9.0～11.0％，Mg0.2～0.45％，Zn≤0.1％，Fe≤0.55％，Ti≤0.15％，Mn≤0.45％，O≤0.1％，余量为Al；其余元素单个含量≤0.05％，其余元素合计总含量≤0.15％。本专利技术的优选技术方案中，所述通过电弧增材制造进行铝碳化硅复合材料丝材打印的方法，经铝碳化硅复合材料铸锭拉拔成丝，以及丝材打印成形这两步法完成。本专利技术的优选方案中，所述拉拔成丝过程，先将复合材料铸锭进行均匀化热处理，再进行等通道挤压，最后拉拔成丝。本专利技术的优选方案中，上述均匀化热处理的温度为150～300℃，优选为150～250℃；均匀化热处理的时间为4～15h，优选为4～12h。本专利技术的优选方案中，上述等通道挤压的温度为350～550℃，优选为400～500℃。本专利技术的优选方案中，上述拉拔成丝过程，先将挤压后的材料预热一段时间，拉拔温度在500℃左右，单道次变形量在10～30％，拉拔速度为10～50mm/s。本专利技术的优选技术方案中，所述丝材打印成形过程使用电弧增材制造方法，具体包括以下步骤：对打印工件建模，确定增材层高，对零件数模切片；将模型导入机器，机器根据增材代码执行操作，进行丝材打印。本专利技术的优选技术方案中，所述打印过程中的送丝速度为5～20mm/s，优选为5～10mm/s。本专利技术的优选技术方案中，所述打印过程中每层焊枪提升高度为1～3.5mm，优选为1～2.5mm。本专利技术的优选技术方案中，所述打印过程成形时应留有加工余量。本专利技术采用电弧增材制造方法制备铝碳化硅复合材料，先将铝碳化硅复合材料铸锭拉拔成丝，再对打印工件建模，确定增材层高，对零件数模切片；将模型导入机器，机器根据增材代码执行操作，进行丝材打印；打印结束后，简单处理工件表面，可得复合材料打印件。本专利技术的目的在于提供一种航空航天、汽车、船舶等领域复杂结构件的制备方法。本专利技术的优选技术方案中，所述结构件选自抗热形变结构件、耐磨结构件、轻量化航空航天结构件、机器人结构件中的任一种。为了清楚地表述本专利技术的保护范围，本专利技术对下述术语进行如下界定。中值粒径以激光粒度仪测量粉体粒度D50值来衡量，表示粉末中在中值粒径的粉末数量占粉末总量的50％。本专利技术铝碳化硅复合材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率等参照GB/T228-2002标准规定进行检测。本专利技术的3D打印方式为电弧增材制造方法，即由送丝装置送丝，焊枪熔化丝材进行焊接，逐层打印，如此往复，最终由若干层叠加形成铝基复合材料打印件。与现有技术相比，该方法直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，再通过送丝进行逐层打印，可以实现工件的高效快速成形，适用于大尺寸且形状较复杂的构件。采用本专利技术的另一个显著优势是可以实现材料的近净成形，不仅提高了原材料的使用率，还能简化复合材料的加工过程，从而节省加工成本，提高材料的利用效率。本专利技术制备的复合材料具有较高的比刚度、比强度，可广泛应用于制备航空航天、汽车、船舶等领域的结构件。具体实施方式以下将结合实施例具体说明本专利技术，本专利技术的实施例仅用于说明本专利技术的技术方案，并非限定本专利技术的实质。为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清晰的理解，现详细说明本专利技术的具体实施方式：本专利技术以下的各个实施例中打印用的丝材均为同种工艺制备的铝碳化硅复合材料铸锭拉拔制成，拉拔前后复材尺寸相同，打印所使用的设备也相同。实施例1：一种用电弧增材制造进行铝碳化硅复合丝材打印的方法，包括下述步骤：1)将质量分数为5％的铝碳化硅复合材料铸锭在150℃条件下保温6h；2)将处理好的复合材料做等通道挤压，温度为450℃，挤压后变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过电弧增材制造进行铝碳化硅复合材料丝材打印的方法，其特征在于，所述复合材料由下述配比的物质组成：质量分数5~15%的碳化硅，余量为铝合金。

【技术特征摘要】
1.一种通过电弧增材制造进行铝碳化硅复合材料丝材打印的方法，其特征在于，所述复合材料由下述配比的物质组成：质量分数5~15%的碳化硅，余量为铝合金。2.根据权利要求1所述的铝碳化硅复合材料丝材打印的方法，其特征在于包含以下步骤：1）将铝碳化硅复合材料铸锭进行均匀化热处理；2）将处理好的复合材料做等通道挤压；3）将挤压后的材料预热一段时间后拉拔成丝，拉拔温度在500℃左右，单道次变形量在10~30%，拉拔速度为10~50mm/s；4）将拉拔好的丝材装入机器，对打印工件建模，确定增材层高，对零件数模切片；将模型导入机器，机器根据增材代码执行操作，进行丝材打印；5）运行程序，开始打印，打印参数为送丝速度为5~20mm/s，每层焊枪提升高度...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡万谦，李振民，孟庆宇，王联波，刘干，
申请(专利权)人：江西宝航新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36