一种负泊松比夹层构件与磁屏蔽层一体化成形方法技术

一种负泊松比夹层构件与磁屏蔽层一体成形方法，属于激光增材制造领域。本发明专利技术创新点在于将功能合金如形状记忆合金、低热膨胀合金，负泊松比特殊结构，磁屏蔽涂层结合一体成形。其中通过选区激光熔化技术，搭配材料体系创新，形成负泊松比结构夹层，构件具有形状记忆、低热膨胀、轻量化、抗冲击、能量吸收等特点。通过激光熔覆技术在构件表面制备冶金结合良好、屏蔽性能优异的低频磁屏蔽涂层。屏蔽性能优异的低频磁屏蔽涂层。屏蔽性能优异的低频磁屏蔽涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种负泊松比夹层构件与磁屏蔽层一体化成形方法


[0001]本专利技术涉及一种负泊松比夹层构件与磁屏蔽层一体化成形方法，结合铺粉式选区激光熔化技术和同步送粉式激光熔覆技术制造构件，可为保护器件提供形状记忆、低热膨胀、抗冲击、吸能、磁屏蔽等性能。

技术介绍

[0002]选区激光熔化技术(SLM)是一种利用激光按照规划路径，逐层熔化金属粉末获得设计零件的增材制造技术(AM)，可以克服传统制造技术在复杂形状和内部结构中的局限性，在形状复杂加工边界不规则的异形构件制造具有巨大优势，并常采用复杂的整体结构代替多零件组装部件的一体化方式减轻零件总重量。
[0003]激光熔覆技术是一种利用激光作为热源熔化粉末在被涂覆基体上形成冶金结合涂层的工艺方法，激光辐照预置粉末、同轴或旁轴同步送粉，并同时熔化基体表面薄层，形成稀释度低的涂层从而改善或增加基体表层某种性能。
[0004]负泊松比效应是指材料在弹性范围内具有拉伸横向膨胀、压缩横向收缩特征。通常材料的泊松比都为正，可以通过特殊结构获得负泊松比效应。负泊松比结构可根据胞元不同分为：内凹多边形结构、旋转刚体结构、手性结构等，具有轻量化、抗冲击、能量吸收等特点。
[0005]磁屏蔽结构广泛应用于精密测量、地质勘探、航空航天等领域，如容易受干扰磁场影响的导航用陀螺仪、原子钟，波动磁场也会影响高分辨率电子显微镜的成像质量，与磁性相关的科学研究中常杜绝干扰磁场。被动式磁屏蔽原理是通过空气磁阻为铁磁材料的数千倍，使外磁场磁感线倾向于沿铁磁材料外壁通过，屏蔽结构内部的磁通量大幅减小从而实现磁屏蔽效果。可以采用高磁导率材料、多层次、大厚度的磁屏蔽层来提升屏蔽性能。
[0006]坡莫合金材料具有磁导率高、矫顽力低、饱和磁化强度高等特点，尤其在弱磁场中具有极高磁导率，应用广泛。常用于对灵敏度要求较高的器件中，如高频开关电源变压器、精密互感器、弱磁场磁屏蔽结构。
[0007]镍钛形状记忆合金，特别是NITi原子比相近，具有低比重、机械性能良好、形状记忆效应和超弹性等特点，广泛应用于工程领域和医学领域。当镍钛形状记忆合金在外力作用下产生超过弹性应变量的应变，外力卸载后在一定温度下合金的形状记忆效应和超弹性可以使应变消除，自动恢复原形状。
[0008]因瓦合金是一种Ni含量30％左右的镍铁合金，又称殷钢。因瓦合金在温度－80℃～100℃具有很小甚至接近零的膨胀系数，因此被称为低膨胀合金。因瓦合金具有低膨胀和塑性韧性良好等特征被应用于精密仪表仪器，航天遥感器、光学测量系统、透镜支撑系统等。同时因瓦合金切削力大，对刀具损伤大，难以加工，采用激光增材制造技术从无到有直接制造因瓦合金零件具备优势。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供一种新型的负泊松比夹层结构和磁屏蔽涂层的一体化成形方法，具有形状记忆、低热膨胀、轻量化、抗冲击、能量吸收、低频磁场屏蔽等性能。
[0010]本专利技术涉及的用于成形负泊松比夹层结构的新型材料，合金一成分(wt％)：44.13～54.68Ni，0.05～4.5Zr，0.15～1.5Cu，0.05～2.47Hf，0.045～0.36Ta，0.013～3.2Pd，0.015～0.43Y，0.012～0.26Sc，余量为Ti；合金二成分(wt％)：32.76～38.53Ni，0.17～3.3Cu，0.005～0.88Ti，0.024～0.36Nb，0.15～5.66Cr，0.01～1.32Al，0.0035～0.01C，0.0015La，余量为Fe；软磁合金成分(wt％)：0.88～11.75Mo，0.036～4.77Cu，0.036～2.74Zr，0.015～1.73Co，0.36～5.89Cr，8.34～20.16Fe，0.32～3.67Ti，0.001～0.003C，0.0018La，0.0011Ce，余量为Ni。
[0011]使用选区激光熔化技术制备负泊松比夹层结构，激光功率范围为150～500W，扫描速度为600～5000mm/s，扫描间距为0.06～0.15mm，切片层厚0.02～0.06mm。采用旋转扫描方式，每层旋转角度45～90
°
，基板预热温度30～200℃。
[0012]夹层中填充内凹六边形或星形胞元的负泊松比结构，激光功率范围为100～300W，扫描速度为2000～6000mm/s，扫描间距0.08～0.15mm。内凹六边形直壁长0.5～3mm，斜壁长0.3～2.5mm，壁厚0.15～1.2mm，内角
‑
15～
‑
30
°
；内凹星形单壁长0.5～1.5mm，星形内凹角
‑
15～
‑
35
°
，壁厚0.12～1mm，中心杆长0.25～0.7mm，杆直径0.06～0.28mm，杆头与所处星形四角在同一平面。
[0013]待夹层构件制备完成后，使用激光熔覆在构件表面制备坡莫合金磁屏蔽涂层。激光功率范围为500～2500W，扫描速度为4～15mm/s，送粉速率10～35g/min，制得坡莫合金涂层厚度0.4～3mm。光斑直径1.0～2.0mm，搭接率30～45％，激光束与加工面法线夹角8～15
°
，氩气保护气流量15～30L/min。
附图说明
[0014]图1是六边形内凹胞元、星形内凹胞元示意图。
[0015]图2是构件整体二维、三维示意图。
[0016]图3是SLM成形材料的拉伸力学性能。
[0017]图4是磁屏蔽涂层的磁性能参数。
具体实施方式
[0018]实施例一
[0019]包括以下步骤：
[0020](1)负泊松比夹层结构合金成分设计为(wt％)：48.5Ni，1.05Zr，1.5Cu，0.05Hf，0.045Ta，0.05Pd，0.015Y，0.012Sc，余量为Ti。磁屏蔽涂层合金成分设计为(wt％)：3.32Mo，0.56Cu，0.18Zr，0.02Co，0.45Cr，13.8Fe，0.32Ti，0.001C，0.0018La，0.0011Ce，余量为Ni。采用气雾化方法进行粉末制备，按照质量百分比进行单元素粉末称取，在球磨机中混合2小时得到元素均匀的合金粉末。
[0021](2)将粉末置于真空干燥箱中烘干4小时，烘干温度为120℃备用。
[0022](3)选择等原子比镍钛合金作为基板，表面用无水乙醇擦拭后吹干，将基板放入成
型腔后开启基板预热，温度达到80℃后进行校准调平。将夹层结构合金粉末加入SLM设备料仓中，将舱室中充入氩气并使氧含量降低至100ppm以下。
[0023](4)使用SolidWorks软件进行点阵基元建模，内凹六边形直壁长0.8mm，斜壁长0.5mm，壁厚0.15mm，内角
‑
15
°
。通过MaterialiseMagics软件进行胞元点阵和实体层的结合建模，实体层厚度为4mm。
[0024](5)将建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负泊松比夹层构件与磁屏蔽层一体成形方法，其特征在于：合金一成分(wt％)：44.13～54.68Ni，0.05～4.5Zr，0.15～1.5Cu，0.05～2.47Hf，0.045～0.36Ta，0.013～3.2Pd，0.015～0.43Y，0.012～0.26Sc，余量为Ti；合金二成分(wt％)：32.76～38.53Ni，0.17～3.3Cu，0.005～0.88Ti，0.024～0.36Nb，0.15～5.66Cr，0.01～1.32Al，0.0035～0.01C，0.0015La，余量为Fe；软磁合金成分(wt％)：0.88～11.75Mo，0.036～4.77Cu，0.036～2.74Zr，0.015～1.73Co，0.36～5.89Cr，8.34～20.16Fe，0.32～3.67Ti，0.001～0.003C，0.0018La，0.0011Ce，余量为Ni；一体化成形方法如下：(1)通过SLM制造内层负泊松比结构，内层负泊松比结构原料采用合金一或二；采用的激光功率范围为150～500W，扫描速度为600～5000mm/s，扫描间距为0.06～0.15mm，切片层厚0.02～0.06mm；采用旋转扫描方式，每层旋转角度45～90

【专利技术属性】
技术研发人员：杨胶溪，王泽康，杨锋，熊发林，杜志成，刘文夫，王枭健，李梦阳，杨兴建，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：