一种异种金属增材制造界面的强化方法技术

一种异种金属增材制造界面的强化方法，先采用计算机软件对成形试样进行建模和分层，并生成成形路径文件；再采用金属增材制造方式，在基板上成形第一种金属至指定高度；然后对上一层金属层进行激光冲击强化，确保激光冲击强化影响深度大于单层成形高度；再采用双送丝工艺，在激光冲击强化后的上一层金属层上按照设计的形状同时分开堆叠第一种金属和第二种金属，使第一种金属和第二种金属相互形成嵌套结构，同时也实现了对上一层金属层的在线热处理；重复直至成形成完整交界层；最后在完整交界层上堆叠第二种金属直至成形成完整零件；本发明专利技术通过异种金属界面形状设计强化改善异种金属增材制造界面力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种异种金属增材制造界面的强化方法
本专利技术涉及金属增材制造
，具体涉及一种异种金属增材制造界面的强化方法。
技术介绍
金属增材制造是增材制造工艺中一个大的分支，分为粉末床熔融和直接能量沉积两种方式。金属增材制造成形的金属零件一体化程度高，相比于传统工艺减少了大量的加工工序，材料利用率高，可以成形复杂结构件，因此在生产部分工序复杂的零件时存在较大的优势。凭借其成形自由度高的特点，金属增材制造技术可以承担零件的修复以及应急替换件的生产。另外，增材制造技术的个性化程度高，在生产单一零件比如模具时，相比传统的生产工艺则有着较高的效率以及经济收益。因此金属增材制造技术作为一种新兴的制造方式，在工业领域有着巨大的发展潜力，并吸引了大量的学者对其进行研究。目前，异种金属的焊接已经广泛应用于工业领域，通过焊接异种金属，可以在保证零件强度满足要求的同时，大大减少零件的重量；另外不同材料的组合可以满足零件在不同部位的不同需求，比如抗腐蚀性能，疲劳强度等。而异种金属增材制造则可以直接成形异种金属零件，不再需要焊接工序，从而真正实现零件的一体化制造，但是由于异种金属之间的冶金相容性较差，异种金属表面可能存在氧化膜以及异种金属之间可能存在的化学反应等原因，在接合时容易生成脆硬的第二相或者是引入杂质，并且层间更容易产生晶粒粗大和孔隙等缺陷，因此异种金属增材制造普遍存在异种金属交界面性能较差的问题，导致异种金属增材制造的零件整体性能无法满足工业要求，极大的限制了异种金属增材制造的发展。值得一提的是，这些问题也普遍存在于异种金属的焊接工艺中，并且至今，仍有一些特定的异种金属无法很好的通过焊接接合，因此实现冶金性能差异较大的异种金属的连接以及提高异种金属交界层的强度是焊接工艺以及金属增材制造工艺都亟待解决的问题。中国专利(申请号为201811396900.7)公开了一种异种金属复合结构连接方法，中国专利(申请号为201810679592.2)公开了一种铝合金/钢激光-磁场复合熔纤焊接方法，中国专利(申请号为200910021316.8)公开了一种钨铜连接方法，上述对于异种金属的连接方法都是采用焊接以及改善工艺的方法将异种金属连接，未曾涉及异种金属的增材制造工艺，且未曾从交界面处的结合形状设计的角度来改善交界层处的力学性能。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种异种金属增材制造界面的强化方法，通过异种金属界面形状设计强化改善异种金属增材制造界面力学性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种异种金属增材制造界面的强化方法，包括以下步骤：1)采用计算机软件对成形试样进行建模和分层，并生成成形路径文件；2)采用金属增材制造方式，在基板上成形第一种金属至指定高度；3)对上一层金属层进行激光冲击强化，确保激光冲击强化影响深度大于单层成形高度；4)采用双送丝工艺，在激光冲击强化后的上一层金属层上按照设计的形状同时分开堆叠第一种金属和第二种金属，使第一种金属和第二种金属相互形成嵌套结构，同时也实现了对上一层金属层的在线热处理；5)重复步骤3)-步骤4)，直至成形成完整交界层；6)在完整交界层上堆叠第二种金属直至成形成完整零件。所述的强化方法适用于送粉以及送丝的所有异种金属的增材制造工艺以及多工艺复合的异种金属增材制造；对于一些垂直成形交界层存在困难的零件，采用水平方向成形交界层来实现成形；对于交界层界面形状难以控制的增材制造技术，采用轧制、铣削工艺优化第一种金属的待交界界面后，再进行沉积第二种金属。本专利技术和现有技术相比，其有益效果为：1、与现有异种金属增材制造技术相比，本专利技术实现步骤简单，不需要添加额外的中间材料，不需要在成形过程中增加辅助的强化方法和增加相关设备，不需要逐步的调控两种材料的成分配比以及增材制造过程参数，不需要额外的后处理工序，经济效益高，实现难度小。2、与现有异种金属增材制造技术相比，本专利技术可作为异种金属材料连接的辅助强化方式，且与其他的异种金属强化方式的配合较易实现。适合粉末，丝材两种不同的原材料，适合各种形式的金属增材制造方式以及各种不同搭配的异种金属材料之间的连接，适用范围广。3、与现有异种金属增材制造技术相比，本专利技术通过调整交界层高度，交界层剖面形状等参数改变异种金属材料交界层的力学性能，从而适应各种不同的工业要求，灵活度高。4、与现有异种金属增材制造技术相比，本专利技术存在的机械啮合的作用力可以减小交界面处普遍存在的力学性能较差的影响，交界层处的力学性能将不再只受缺陷含量和微观组织好坏等因素决定。因此可以通过回避如何优化异种金属交界面微观组织等难题来实现异种金属的力学性能强化。附图说明图1为本专利技术方法的流程图。图2为本专利技术异种金属交界层形状以及激光冲击强化区域的剖面示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作详细描述。如图1所示，一种异种金属增材制造界面的强化方法，以电弧熔丝增材制造为例，包括以下步骤：1)采用计算机软件对成形试样进行建模和分层，并生成成形路径文件，将路径文件输入增材制造设备中，并设定好参数；2)采用定向能量沉积增材制造方式，在基板上成形第一种金属至指定高度；第一种金属材料选用AZ31镁合金丝材，成形镁合金丝材的电弧电流为120A，焊枪移动速度0.2m/min，送丝速度2m/min；3)对上一层金属层进行激光冲击强化，确保激光冲击强化影响深度大于单层成形高度，通过引入残余压应力来改善冲击区域的微观缺陷并引入大量位错；4)采用双送丝工艺，在激光冲击强化后的上一层金属层上，按照设计的形状同时分开堆叠第一种金属和第二种金属；第二种金属材料选用2219铝合金，成形铝合金的电弧电流为150A，焊枪移动速度0.25m/min，送丝速度2m/min，使第一种金属和第二种金属相互形成嵌套结构，同时该步骤通过在线热处理细化了激光冲击区域的晶粒并改善其微观组织和缺陷；5)重复步骤3)-步骤4)，直至成形成完整交界层；本实施例最终交界层的垂直剖面图采用燕尾槽形状；6)在最后堆叠的交界层上继续堆叠第二种金属，直至形成完整零件，如图2所示。本专利技术通过对交界层进行形状的设计，使得第一种金属和第二种金属之间的交界面面积大大增加，同时采用激光冲击强化技术，改善了交界面的微观组织和缺陷。本实施例通过燕尾形卡槽，使第一种金属和第二种金属相互形成嵌套结构，使得两种材料互相之间产生机械上的锁紧力，因此材料在拉伸时，除了需要克服异种金属交界面的结合强度，还需要克服力学性能较低的金属的断裂强度，才可以发生断裂，这就不会再因为中间交界层的力学性能过于薄弱而导致材料整体性能大大下降，使得异种金属的断裂强度至少可以趋近于力学性能较低一方的金属的水平，而结合中间层的形状的合理设计，甚至可以超过性能较差一方的金属。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异种金属增材制造界面的强化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)采用计算机软件对成形试样进行建模和分层，并生成成形路径文件；/n2)采用金属增材制造方式，在基板上成形第一种金属至指定高度；/n3)对上一层金属层进行激光冲击强化，确保激光冲击强化影响深度大于单层成形高度；/n4)采用双送丝工艺，在激光冲击强化后的上一层金属层上按照设计的形状同时分开堆叠第一种金属和第二种金属，使第一种金属和第二种金属相互形成嵌套结构，同时也实现了对上一层金属层的在线热处理；/n5)重复步骤3)-步骤4)，直至成形成完整交界层；/n6)在完整交界层上堆叠第二种金属直至成形成完整零件。/n

【技术特征摘要】
1.一种异种金属增材制造界面的强化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用计算机软件对成形试样进行建模和分层，并生成成形路径文件；
2)采用金属增材制造方式，在基板上成形第一种金属至指定高度；
3)对上一层金属层进行激光冲击强化，确保激光冲击强化影响深度大于单层成形高度；
4)采用双送丝工艺，在激光冲击强化后的上一层金属层上按照设计的形状同时分开堆叠第一种金属和第二种金属，使第一种金属和第二种金属相互形成嵌套结构，同时也实现了对上一层金属层的在线热处理；

【专利技术属性】
技术研发人员：黄科，常天行，席乃园，方学伟，张琦，卢秉恒，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61