复合激光冲击和激光退火的金属增材制造的方法技术

本申请公开了复合激光冲击和激光退火的金属增材制造的方法。该方法包括：对金属粉末原材采用金属增材制造得到金属零件，在所述金属成型的过程中辅助激光冲击和/或激光退火。本技术方案中，将金属增材制造技术与激光冲击强化和激光退火技术相复合，则可实现结构件的整体强化，能够针对金属增材过程的不同的熔凝和相变阶段，有效改善金属增材制造成形过程中的冶金缺陷，并能细化晶粒，提升零件力学性能，优化残余应力分布和抑制裂纹的产生，从而显著提高零件的疲劳寿命、抗腐蚀和抗磨损能力。抗腐蚀和抗磨损能力。抗腐蚀和抗磨损能力。

【技术实现步骤摘要】
复合激光冲击和激光退火的金属增材制造的方法


[0001]本申请涉及金属增材的
，尤其涉及复合激光冲击和激光退火的金属增材制造的方法。

技术介绍

[0002]金属增材制造是以高能束流(电子束、激光束、电弧等)作为热源，通过熔化金属粉末或丝材，进行金属零件分层堆积，最终成型金属构件的先进制造技术。主要包括激光选区熔化(Selective laser melting，SLM)、电子束熔化(Electron Beam Melting，EBM)、激光近净成形(Laser Engineered Net Shaping,LENS)等。该技术可以实现复杂精密金属和合金结构件的近净成型，因而具有广泛的应用前景。
[0003]但是，金属增材制造过程具有熔池温度高、凝固速度快、温度梯度大的特点，这会导致成形工件内部易形成冶金缺陷，降低机械性能，严重时会引起构件的开裂与变形，这些问题已经严重制约了金属增材制造技术的发展。
[0004]目前，已经有研究者对激光冲击与增材制造复合的方法进行了探索，专利CN107671288A将在线无损检测技术和选择性后处理方法引入增材制造工艺中，通过结合机械碾压处理、激光冲击强化处理和搅拌摩擦加工处理解决增材制造缺陷。专利CN210548101U公开了一种多功能的金属增材制造成形设备，将成形光路和激光冲击强化光路进行了整合，并采用固态约束层提高了冲击波峰值压力。专利CN107186214A提供了一种激光热力逐层交互增材制造的组合装置，在每一层粉料熔化之后，对其进行激光冲击强化。
[0005]纵观以上相关技术，对由金属增材制造所得到的金属零件的力学性能有待提升。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本申请提供复合激光冲击和激光退火的金属增材制造的方法，能够提高所成形得到金属零件的力学性能。
[0007]本申请提供一种复合激光冲击和激光退火的金属增材制造的方法，包括：
[0008]对金属粉末原材采用金属增材制造得到金属零件，在所述金属成型的过程中辅助激光冲击和/或激光退火。
[0009]可选地，在所述金属成型的过程中辅助激光冲击和/或激光退火，具体为：对由金属粉末原材成型所得金属沉积层，根据所述金属沉积层的层数和/或材料实施激光冲击和/或激光退火。
[0010]可选地，所述金属增材制造的方式为激光选区熔化或其它以激光为热源的铺粉、送粉和送丝类的金属增材制造技术。
[0011]可选地，所述激光冲击采用掩模版，所述掩模版包括约束层和牺牲层，所述牺牲层包围有耐高温材料，通过设计耐高温材料中孔的形状、尺寸、数量和分布，从而在选择区域产生微米级至毫米级精准可控的应力波范围。
[0012]可选地，所述激光冲击的工作模式为，应力波作用于金属熔池上，或者应力波作用
于熔池后沿固态相变区域，或者应力波作用于已经凝固的金属表面。
[0013]可选地，所述激光冲击为脉冲激光，分光器从脉冲激光器中分出多条激光冲击光路，分别对处于熔凝阶段、固态相变阶段和已成形阶段的工件进行激光强化处理。
[0014]可选地，所述激光退火为连续激光。
[0015]以上提供的复合激光冲击和激光退火的金属增材制造的方法，将金属增材制造技术与激光冲击强化和激光退火技术相复合，则可实现结构件的整体强化，能够有效改善金属增材制造成形过程中的冶金缺陷，并能细化晶粒，提升零件力学性能，优化残余应力分布和抑制裂纹的产生，从而显著提高零件的疲劳寿命、抗腐蚀和抗磨损能力。
附图说明
[0016]下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
[0017]图1为本申请实施例提供的增材制造的方法的实施装置的结构示意图。
[0018]图2为本申请实施例提供的激光冲击三种工作模式的作用过程图。
[0019]图3为本申请实施例提供的掩模版的一视角的结构示意图。
[0020]图4为本申请实施例提供的掩模版的立体结构示意图。
[0021]图5本申请实施例提供的方法流程图。
[0022]图6本申请实施例提供的激光冲击的工作示意图。
[0023]其中，图中元件标识如下：
[0024]1‑
控制系统；2
‑
连续激光器；3
‑
脉冲激光器；4
‑
分光器1；5
‑
分光器2；6
‑
激光光路控制系统(包括全反射器、准直镜、振镜组件等)；7
‑
成型缸；8
‑
加工材料；9
‑
已成型金属；10
‑
基板；11
‑
升降台；12
‑
掩模版驱动器及传动机构；13
‑
掩模版；a,b,c,d,e为激光光路；14
‑
金属熔池；15
‑
金属增材激光光斑；16
‑
激光冲击作用区域；17
‑
熔池后沿固态相变区域；18
‑
已凝固的金属表面；19
‑
脉冲激光；20
‑
约束层；21
‑
耐高温材料；22
‑
金属构件；23
‑
牺牲层；24
‑
应力波；21
‑
透明耐高温材料；23
‑
牺牲层；25
‑
激光冲击工作模式Ⅰ、Ⅱ作用区域；26
‑
激光冲击工作模式Ⅲ作用区域。
具体实施方式
[0025]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0026]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0027]在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间
接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0028]下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合激光冲击和激光退火的金属增材制造的方法，其特征在于，包括：对金属粉末原材采用金属增材制造得到金属零件，在所述金属成型的过程中辅助激光冲击和/或激光退火。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述金属成型的过程中辅助激光冲击和/或激光退火，具体为：金属成型的过程中，对由金属粉末原材成型所得金属沉积层，根据所述金属沉积层的层数和/或材料实施激光冲击和/或激光退火。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述金属增材制造的方式为以激光为热源的铺粉、送粉和送丝类的金属增材制造技术。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述激光冲击采用掩模版，所述掩模...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晶晶，魏童博，张臣，胡耀武，苏晨昱，刘胜，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：