金属-陶瓷复合点阵制造方法及金属-陶瓷复合点阵结构技术

本申请提供了一种金属

【技术实现步骤摘要】
金属
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陶瓷复合点阵制造方法及金属
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陶瓷复合点阵结构


[0001]本申请涉及复合材料领域，特别是涉及一种金属
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陶瓷复合点阵制造方法及金属
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陶瓷复合点阵结构。

技术介绍

[0002]金属材料具有塑性和韧性好、导电性能优异、比模量和比强度高、加工性能好等特性，而被广泛应用于生活、工业和医学领域。特别是在航空航天、海洋和交通等领域对金属材料的轻质多功能化的具有严格要求，因此金属点阵结构的概念应运而生。点阵结构凭借其轻量化、高刚度、吸能和降噪等多方面的优点，使金属材料的应用越受关注。并随着近年来增材制造技术的蓬勃发展，为金属点阵结构的精密量化提供了可能，基于增材制造技术制备的大尺寸金属点阵结构可在航天、医疗等领域的大量应用提供技术支持。
[0003]然而，现今的金属点阵结构还只能应用于低温工作环境，在高温工作环境或者强腐蚀环境下服役时，金属杆件的高温软化和低抗腐蚀性会极大地削弱金属点阵结构的服役性能，制约其推广应用。因此，提高金属点阵的耐高温、抗腐蚀性能具有迫切的现实需求。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本申请一方面提出了一种金属
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陶瓷复合点阵制造方法，可在具有三维点阵结构的金属材料上原位生成陶瓷层，克服传统金属材料高温强度低、抗腐蚀能力差的问题。
[0005]本申请第二方面提出了一种金属
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陶瓷复合点阵结构，具有兼具高温强度、低温塑性、良好抗腐蚀性能的优点。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种金属
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陶瓷复合点阵制造方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]S1、选取金属原材，将所述金属原材通过增材制造技术制备成具有三维点阵结构的金属材料；
[0008]S2、将步骤S1制备出的所述金属材料中残留的杂质进行清洗后烘干，所述杂质包括粉尘、油污和金属氧化物中的任意一种；
[0009]S3、将步骤S2烘干后的金属材料转移进真空炉中，向所述真空炉中冲入介质，以使所述介质渗透到所述金属材料中，并附着在所述金属材料的表面，设置所述真空炉内的反应参数，使所述介质与所述金属材料发生热化学反应，得到表面具有陶瓷性能的金属
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陶瓷复合点阵结构；
[0010]其中，所述介质包括碳源和氮源中的任意一种；
[0011]所述反应参数至少包括温度参数、压力参数和时间参数。
[0012]可选地，所述碳源包括乙炔、甲烷和乙烷中的任意一种，所述氮源包括氨气。
[0013]可选地，当所述介质为碳源的情况下，步骤S3还包括：
[0014]S21、载量：向所述真空炉内冲入分压比为1:3的碳源和氮气，保持炉压为200Pa；
[0015]S22、渗碳：将所述真空炉内的温度升至910
±
10℃，并保温7h；
[0016]S23、空冷：将所述真空炉内的温度降至室温；
[0017]S24、回火：将所述真空炉内的温度升至600℃
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650℃，保温3h；
[0018]S25、空冷：将所述真空炉内的温度降至室温，得到所述金属
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陶瓷复合点阵结构。
[0019]可选地，步骤S25后还包括以下步骤：
[0020]S26、淬火：将所述真空炉内的温度升至800℃
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900℃，保温1h；
[0021]S27、油淬：将所述真空炉内的温度降至室温；
[0022]S28、回火：将所述真空炉内的温度升至150℃
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200℃，保温2h；
[0023]S29、空冷：所述真空炉内的温度降至室温；得到所述金属
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陶瓷复合点阵结构。
[0024]可选地，当所述介质为氮源的情况下，步骤S3还包括：
[0025]S31、将所述真空炉内的温度升至500℃
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600℃，并保温10h；
[0026]S32、向所述真空炉冲入氮源，同时滴入酒精，氮源流量为3m3/h，酒精滴速为60滴/min，保持炉压为0.15MPa；
[0027]S33、停止所述真空炉，移出所述金属材料，并使用鼓风机强冷所述金属材料，得到所述金属
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陶瓷复合点阵结构。
[0028]可选地，步骤S3中所述真空炉冲入介质之前，还包括：先对所述真空炉进行预抽真空至1
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10Pa。
[0029]可选地，所述金属原材至少包括不锈钢和钛合金。
[0030]可选地，所述增材制造技术包括选区激光熔化技术SLM、选区激光烧结技术SLS、电弧增材制造技术WAAM和电子束增材制造技术EBAM中的任意一种。
[0031]可选地，步骤S2中所述清洗包为依次进行超声水洗、丙酮洗、酸洗和超声水洗。
[0032]相应的，本申请还提供了一种金属
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陶瓷复合点阵结构，采用如上所述的金属
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陶瓷复合点阵制造方法制备出的。
[0033]与现有技术相比，本申请包括以下优点：
[0034]本专利技术提供的一种金属
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陶瓷复合点阵制造方法及金属
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陶瓷复合点阵结构，先选取金属原材，将金属原材通过增材制造技术制备成具有三维点阵结构的金属材料；再将金属材料中残留的杂质进行清洗后烘干；最后将烘干后的金属材料转移进真空炉中，向真空炉中冲入介质，设置真空炉内的反应参数，使介质与金属材料发生热化学反应，得到表面具有陶瓷性能的金属
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陶瓷复合点阵结构。通过采用本专利技术的技术方案，先制备出精密的金属点阵结构，相比于传统的金属材料，本专利技术的制备出的具有三维点阵结构的金属材料具有更高的比强度和比刚度，满足高新
对金属材料轻质多功能化的要求；同时在金属点阵结构的基础上，进行真空炉渗入处理，介质与金属点阵结构进行热化学反应，使金属点阵结构原位生成陶瓷增强相结构，组成陶瓷
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金属梯度过渡的复合杆件，从而获得一种兼具高温强度、低温塑性、良好抗腐蚀性能的复合材料点阵结构，增强了金属点阵结构的服役性能。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域
普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1是本申请一实施例示出的一种金属
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陶瓷复合点阵制造方法的步骤流程图；
[0037]图2是相关技术中的BCC点阵结构的三维示意图；
[0038]图3是相关技术中的BCC点阵结构的单胞示意图；
[0039]图4是本申请未介质处理时的金属BCC点阵结构的三维剖面图；
[0040]图5是本申请实施例1和实施例6制备出的金属
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属
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陶瓷复合点阵制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、选取金属原材，将所述金属原材通过增材制造技术制备成具有三维点阵结构的金属材料；S2、将步骤S1制备出的所述金属材料中残留的杂质进行清洗后烘干，所述杂质包括粉尘、油污和金属氧化物中的任意一种；S3、将步骤S2烘干后的金属材料转移进真空炉中，向所述真空炉中冲入介质，以使所述介质渗透到所述金属材料中，并附着在所述金属材料的表面，设置所述真空炉内的反应参数，使所述介质与所述金属材料发生热化学反应，得到表面具有陶瓷性能的金属
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陶瓷复合点阵结构；其中，所述介质包括碳源和氮源中的任意一种；所述反应参数至少包括温度参数、压力参数和时间参数。2.根据权利要求1所述的一种金属
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陶瓷复合点阵制造方法，其特征在于，所述碳源包括乙炔、甲烷和乙烷中的任意一种，所述氮源包括氨气。3.根据权利要求1所述的一种金属
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陶瓷复合点阵制造方法，其特征在于，当所述介质为碳源的情况下，步骤S3还包括：S21、载量：向所述真空炉内冲入分压比为1:3的碳源和氮气，保持炉压为200Pa；S22、渗碳：将所述真空炉内的温度升至910
±
10℃，并保温7h；S23、空冷：将所述真空炉内的温度降至室温；S24、回火：将所述真空炉内的温度升至600℃
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650℃，保温3h；S25、空冷：将所述真空炉内的温度降至室温，得到所述金属
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陶瓷复合点阵结构。4.根据权利要求3所述的一种金属
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陶瓷复合点阵制造方法，其特征在于，步骤S25后还包括以下步骤：S26、淬火：将所述真空炉内的温度升至800℃
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900℃，保温1h；S27、油淬：将所述真空炉内的温度降至室...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔一南，吴俊豪，刘长猛，陈莹，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：