一种金属箔包裹增强粉末的送粉方式的电弧增材复合材料制备设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种金属箔包裹增强粉末的送粉方式的电弧增材复合材料制备设备及方法，以金属箔包裹增强粉末的送粉方式结合增材制造技术实现第三相增强粉末和基体材料的复合以及相关零件的制造，避免了特别是轻质合金难以制备药芯焊丝的问题。本方法具有材料利用率高、堆积速度快、送料位置精确和零件尺寸不受限制等优点，同时包裹的粉末可以根据需求灵活调整，也可以根据金属基体材料和第三相材料的特性，添加改性剂，增加第三相材料和金属基体材料之间的润湿性，使得两者之间更容易结合。使得两者之间更容易结合。使得两者之间更容易结合。

【技术实现步骤摘要】
一种金属箔包裹增强粉末的送粉方式的电弧增材复合材料制备设备及方法


[0001]本专利技术涉及第三相增强金属基复合材料和增材制造领域，具体涉及一种金属箔包裹增强粉末的送粉方式的电弧增材复合材料制备设备及方法。

技术介绍

[0002]金属基复合材料不仅可以获得基体金属或合金具备的良好的导热、导电性能，抗冲击、抗疲劳性能和断裂性能，还可以获得高强度、高刚度、出色的耐磨性能和更低的热膨胀系数等优异的性能。传统的金属基复合材料的制造方法有搅拌铸造法和粉末冶金法。但传统的复合材料制造方式很难实现复杂零件的制造且制造周期长。
[0003]增材制造技术作为新兴的制造技术，近年来也广泛应用在复合材料的研究领域。目前应用于金属复合材料的增材制造技术主要有激光选区熔化技术、电子束选区熔化技术和电弧增材技术等，激光选区熔化技术和电子束选区熔化技术因为高昂的设备费用、技术工艺参数复杂和可成形零件的尺寸有限等缺点，使得激光选区熔化技术和电子束选区熔化技术的应用场景受到限制。电弧增材技术因其具有高堆积速率、低设备费用和可以制造大型复杂零件的优势，使得电弧增材技术被广泛应用在航空航天、国防军工等领域。
[0004]电弧增材制技术制造复合材料最常用的的方法有直接送粉法和制备药芯焊丝进行堆积的方法。直接送粉法多采用以气体为载体来送粉，把增强粉末送进熔池中并逐层堆积形成零件；但气体送粉容易使增强粉末产生飞溅，使得铺粉不均匀，造成粉末利用率低、送粉量难以精确控制等问题，会严重影响复合材料或零件的性能；药芯焊丝是采用卷制后拉拔得到的，轻质合金难以直接拉拔。

技术实现思路

[0005]针对现有技术及方法的不足，本专利技术提供一种金属箔包裹增强粉末的送粉方式的电弧增材复合材料制备设备及方法，以金属箔包裹增强粉末的送粉方式结合增材制造技术实现第三相增强粉末和基体材料的复合以及相关零件的制造，避免了特别是轻质合金难以制备药芯焊丝的问题。本方法具有材料利用率高、堆积速度快、送料位置精确和零件尺寸不受限制等优点，同时包裹的粉末可以根据需求灵活调整，也可以根据金属基体材料和第三相材料的特性，添加改性剂，增加第三相材料和金属基体材料之间的润湿性，使得两者之间更容易结合。
[0006]为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种金属箔包裹增强粉末的送粉方式的电弧增材复合材料制备设备，它包括焊接系统和金属箔卷压系统；所述金属箔卷压系统将增强粉末包裹在金属箔内部进而制成类药芯金属箔焊丝并输送至焊接系统；所述焊接系统引发高能电弧熔化焊丝和金属箔卷压系统传送来的类药芯金属箔焊丝，形成熔滴在基板上组成焊道。
[0007]所述焊接系统包括陶瓷嘴、钨针、焊丝传送轮、焊丝、电弧、熔滴和熔池，所述钨针
位于陶瓷嘴内部，电弧由钨针引发，熔滴由电弧熔化焊丝得到，熔滴滴落在基板上形成熔池，熔池凝固后形成焊道。
[0008]所述金属箔卷压系统包括金属箔卷、粉斗、金属箔卷制器、金属箔带、第一压制轮、传送轮、类药芯金属箔焊丝和第二压制轮；所述金属箔卷位于金属箔卷压系统的起始位置，负责提供原料金属箔；所述粉斗位于金属箔卷的上方，出粉口位于金属箔带的中间位置，负责提供增强粉末，并根据实际需求调节粉末流速；所述金属箔带是从金属箔卷传送来的原料，并途径金属箔卷制器；所述金属箔卷制器和金属箔卷处于同一直线并位于金属箔卷的输出侧，用于将放置有增强粉末的金属箔卷进行卷制；所述第一压制轮位于金属箔卷制器的出口处，并将两侧已经折起来的金属箔带压制成类药芯金属箔焊丝；所述传送轮位于第一压制轮的左侧；所述第二压制轮位于类药芯金属箔焊丝的末端，负责将类药芯金属箔焊丝再一次压制紧实并输送至焊接系统中的电弧内。
[0009]所述金属箔卷制器是横截面为中空结构，用于将穿过中空结构的金属箔带的两侧折起来。
[0010]所述中空结构的截面采用三角形或者弧形。
[0011]所述类药芯金属箔焊丝能够根据实际要求做成横截面矩形状和横截面圆形状。
[0012]采用所述一种金属箔包裹增强粉末的送粉方式的电弧增材复合材料制备设备进行电弧增材复合材料制备的方法，包括以下步骤：Step1：焊接前准备工作；Step2：选择焊接参数和金属箔卷压参数；Step3：建模和编辑焊接程序；Step4：开始焊接堆积；Step5：形成所需零件，进行后处理。
[0013]所述Step1的具体操作为：焊接前对基板进行预处理，去除表面油污和氧化皮，使其满足堆焊的条件，并根据所需要，选择增强粉末，并对增强粉末进行初处理；所述增强粉末进行初处理是指经过超声震荡和球磨系列处理，来保证粉末颗粒均匀且不发生团聚；所述Step2 中的焊接参数是指焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊丝的送丝速度；所述金属箔卷压参数是指金属箔带的传送速度、增强粉末的流速、压制轮挤压力的大小及类药芯焊丝金属箔的宽度；上述参数能够根据实际需要灵活调整；所述Step3的具体操作为使用CAD软件对零件进行建模，导入切片软件进行切片分层，获得各个截面的轮廓数据，规划堆焊路径，获得焊接系统运动和送丝速度的编程代码，并将代码录入焊接系统；所述Step4具体操作为将金属箔带从增强粉末下方经过，增强粉末落在金属箔带的中间位置；中间部位有增强粉末的金属箔带经过金属箔卷制器，其两侧被折起，经过第一压制轮的压制，形成类药芯金属箔焊丝；类药芯金属箔焊丝传送至第二压制轮经过第二次
压制，并被送进电弧中去；焊接系统中的钨针负责引发高能电弧，熔化焊丝和类药芯金属箔焊丝，形成熔滴在基板上形成焊道，并根据设定程序层层堆积直至完成；所述Step5的具体操作为，检查成形零件的缺陷，根据所用材料的特性，选择相应的处理方法，提高零件的物理性能，对零件进行机加工，控制零件的几何形状和尺寸，保证零件的机械性能。
[0014]本专利技术有如下有益效果：1、本专利技术以金属箔包裹增强粉末的送粉方式结合增材制造技术实现第三相增强粉末和基体材料的复合以及相关零件的制造，避免了特别是轻质合金难以制备药芯焊丝的问题。
[0015]2、本方法具有材料利用率高、堆积速度快、送料位置精确和零件尺寸不受限制等优点，同时包裹的粉末可以根据需求灵活调整，也可以根据金属基体材料和第三相材料的特性，添加改性剂，增加第三相材料和金属基体材料之间的润湿性，使得两者之间更容易结合。
[0016]3、本专利技术采用金属箔包裹粉末的方式送粉，可以精确的控制第三相增强体材料的含量。
[0017]4、相较于传统送粉方式，本专利技术极大的提高了材料的利用率，减少制造过程中的材料损失，减少气孔缺陷，降低生产成本，减少对环境的污染。
[0018]5、本专利技术类药芯金属箔焊丝制作简单，成形工艺简单，可以快速成形各种复杂的零件，且不受尺寸的限制，可以提高生产效率，具有良好的应用前景。
[0019]附图说明：图1为金属箔包裹增强粉末的送粉方式的电弧增材复合材料制备方法及设备示意图。
[0020]图2为金属箔卷压系统示意图。
[0021]图3为卷制完成的截面为矩形的类药芯金属箔焊丝焊丝的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属箔包裹增强粉末的送粉方式的电弧增材复合材料制备设备，其特征在于，它包括焊接系统和金属箔卷压系统；所述金属箔卷压系统将增强粉末包裹在金属箔内部进而制成类药芯金属箔焊丝（14）并输送至焊接系统；所述焊接系统引发高能电弧（5）熔化焊丝（4）和金属箔卷压系统传送来的类药芯金属箔焊丝（14），形成熔滴（6）在基板上组成焊道。2.根据权利要求1所述的一种金属箔包裹增强粉末的送粉方式的电弧增材复合材料制备设备，其特征在于：所述焊接系统包括陶瓷嘴（1）、钨针（2）、焊丝传送轮（3）、焊丝（4）、电弧（5）、熔滴（6）和熔池（7），所述钨针（2）位于陶瓷嘴（1）内部，电弧（5）由钨针（2）引发，熔滴（6）由电弧（5）熔化焊丝（4）得到，熔滴（6）滴落在基板上形成熔池（7），熔池（7）凝固后形成焊道。3.根据权利要求1所述的一种金属箔包裹增强粉末的送粉方式的电弧增材复合材料制备设备，其特征在于：所述金属箔卷压系统包括金属箔卷（8）、粉斗（9）、金属箔卷制器（10）、金属箔带（11）、第一压制轮（12）、传送轮（13）、类药芯金属箔焊丝（14）和第二压制轮（15）；所述金属箔卷（8）位于金属箔卷压系统的起始位置，负责提供原料金属箔；所述粉斗（9）位于金属箔卷的上方，出粉口位于金属箔带的中间位置，负责提供增强粉末，并根据实际需求调节粉末流速；所述金属箔带（11）是从金属箔卷（8）传送来的原料，并途径金属箔卷制器（10）；所述金属箔卷制器（10）和金属箔卷（8）处于同一直线并位于金属箔卷（8）的输出侧，用于将放置有增强粉末的金属箔卷（8）进行卷制；所述第一压制轮（12）位于金属箔卷制器（10）的出口处，并将两侧已经折起来的金属箔带（11）压制成类药芯金属箔焊丝（14）；所述传送轮（13）位于第一压制轮（12）的左侧；所述第二压制轮（15）位于类药芯金属箔焊丝（14）的末端，负责将类药芯金属箔焊丝（14）再一次压制紧实并输送至焊接系统中的电弧（5）内。4.根据权利要求3所述的一种金属箔包裹增强粉末的送粉方式的电弧增材复合材料制备设备，其特征在于：所述金属箔卷制器（10）是横截面为中空结构，用于将穿过中空结构的金属箔带（11）的两侧折起来。5.根据权利要求4所述的一种金属箔包裹增强粉末的送粉方式的电弧增材复合材料制备设备，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周祥曼，吕奇钊，田启华，杜义贤，付君健，冯雪亮，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：