沉积制备非均质件的方法技术

技术编号:3782766 阅读:202 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了一种沉积制备非均质件的方法,采用气动式按需熔滴喷射方法得到均匀金属熔滴;采用超声振动毛细管微量给粉方法实现给粉。根据零件的数字模型,运用层面算法提取出零件每层的几何信息和材料信息,同时生成每层层面对应的基板运动轨迹,通过编程实现对基板运动、熔滴喷射和粉末沉积三者协调控制,从而完成非均质件的制备。由于将熔滴和粉体直接结合在一起,无需进行二次烧结就可以得到非均质件;无需进行高温固态渗透烧结,只要将其中一种金属加热到熔点以上保证顺利喷射即可,将非均质件的制备温度由现有技术的1300~1600℃降低到1000℃以内,对设备要求较低。同时可根据零件的特殊使用要求,按需进行定点、定量喷射,实现理想非均质件制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种,特别是熔滴/粉末联合沉积制备非均质件的 方法。
技术介绍
文献"R. Melcher, S. Martins, N. Travitzky, R Greil. Fabrication of Al2O3-based composites by indirect 3D-printing. Materials Letters. 2006, 60: 572-575"公开了一种间接三维打印制备铅基陶 瓷金属复合材料的方法。该方法需要经过制粉—三维打印—脱脂烧结—二次浸渗烧结,将其 他金属粉体渗透至多孔试样最终得到致密件。制粉需要将A1203和糊精、分散剂等粉末经过 混合、干燥、球磨和筛选等多道工序。然后进行三维打印制备初始态坩埚,其中用于粘接粉 末的液滴为蒸馏水。初始态坩埚逐步加温进行脱脂烧结,然后在最高的160(TC环境中保温4h, 冷却后得到多孔状的中间态坩埚。最后将Cu和CuO的混合物放置在中间态坩埚中,在真空 环境以130(TC保温1.5h进行Cu-0混合物渗透的二次烧结,从而制备得到致密的Al203/Cu 的铝基陶瓷金属复合材料坩埚。采用该方法首先需要制粉、然后三维打印制备原型,最后进 行两次烧结,其中制粉就需要混合、干燥、球磨和筛选等多到工序来完成,制备过程比较复 杂。两次加热温度分别达到了 160(TC和1300°C,同时需要长时间保温,对设备要求较高。
技术实现思路
为了克服现有技术沉积制备非均质件制备温度高、需要二次烧结的不足,本专利技术提供 一种,将熔滴和粉体直接结合一次成型,无需进行二次烧结就可以 得到非均质件;制备过程只要将其中的一种金属加热到熔点以上保证顺利喷射即可,可以有 效降低制备温度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案 一种,其特点是 包括下述步骤(a) 把待熔化的型材放入坩埚内,将粉体放入粉斗中并密封粉斗;(b) 对真空室进行抽真空后充入氩气,使真空室内压强和大气压保持一致,真空室内的 氧含量达到10ppm以下;(C)开启振动给粉控制模块,保证毛细管中随时有粉体可以顺利喷射沉积;(d) 开启加热控制模块,将环形加热炉升温至800 900°C并保温,使坩埚内的型材完 全融化;平板加热炉升温至200 300°C保证层面之间不出现冷隔层;(e) 通过工控机对振动给粉控制模块、熔滴喷射控制模块和基板进行协调控制预备非均质件的制备;(f) 对每个层面进行二维网格划分,形成单元,定义每个单元的坐标位置和材料属性, 在每一个层面制备过程中,根据每个单元的材料属性沉积熔滴或者粉体,并且要求熔滴和粉 体的体积相等;(g) 完成一个层面的制备后,基板向下运动一个层面的厚度,然后进行下一个层面的沉 积,逐层堆积,完成整个非均质件的制备;(h)对零件进行热处理以消除单元间的冷隔层。本专利技术的有益效果是由于将熔滴和粉体直接结合在一起,无需进行二次烧结就可以得 到非均质件;无需进行高温固态渗透烧结,只要将其中一种金属加热到熔点以上保证顺利喷 射即可,将非均质件的制备温度由现有技术的1300 1600'C降低到100(TC以内,对设备要求 较低。同时可根据零件的特殊使用要求,按需进行定点、定量喷射,实现理想非均质件制备。下面结合附图和实施例对本专利技术作详细说明。 附图说明附图是本专利技术所用装置示意图。图中,l-真空室;2-CCD摄像机;3-振动给粉控制模块;4-粉体;5-超声换能器;6-毛细 管;7-输粉管;8-粉体输送控制开关;9-粉斗;10-回收槽;ll-环形加热炉;12-坩埚;13-泄 气开关;14-熔滴喷射控制模块;15-熔滴;16-非均质件;17-平板加热炉;18-基板;19-加热 控制模块;20-工控机。 具体实施例方式实施例l:参照附图。把A1型材放入坩埚12内,将Ti粉体放入粉斗9中,密封粉斗9。 对真空室1进行抽真空后充入氩气,使真空室1内压强和大气压保持一致,循环操作两 次,使氧含量达到10ppm以下,防止A1型材在加热熔化后发生氧化。开启振动给粉控制模块3,打开粉体输送控制开关8,使Ti粉通过输粉管7进入毛细管6; 当毛细管6内粉体较少时,再次开启输粉控制开关8对毛细管6进行补粉。启动超声换能器 5对毛细管6施加振动,使粉体充满毛细管6并能稳定给粉,随后停止振动,通过CCD摄像 机2对给粉过程进行监控。该调试过程中回收槽10要置于毛细管6下方,对调整过程中流出 的粉体4进行回收。开启加热控制模块19,对环形加热炉11和平板加热炉17进行加热,要求把环形加热炉 11升温至900°C并保温,使坩埚12内的Al型材完全融化;平板加热炉17加热至300°C,防 止熔滴15或粉体4沉积后冷却太快而出现冷隔层。当坩埚12内的温度达到900°C时,启动熔滴喷射控制模块14,将回收槽10移至坩埚124下方,对调试喷射的熔滴进行回收,调节泄气开关13以获得均匀颗粒。通过CCD摄像机2 对熔滴喷射过程进行实时监控。基板达到预定温度300。C后,通过工控机20对振动给粉控制模块3、熔滴喷射控制模块 14和基板18进行协调控制。为保证制备精度,沉积距离要求控制在2厘米以下。将层面厚 度设定为lOO"m,即完成一个层面的沉积后,基板沿Z轴下降100um的距离后再进行第二 层的沉积。对零件模型进行切片处理,将每个切片进行二维网格划分形成单元,并对每个单元赋予 不同的材料信息。制备第一层面时,对于要求沉积A1的单元,将基板18移至坩埚12的喷嘴下方。启动熔 滴喷射控制模块14,对欲沉积单元位置喷射1颗Al熔滴。若某个单元需要沉积Ti粉,则将 该沉积单元位置移至毛细管6的下方,启动振动给粉控制模块3实现2s的振动给粉。保证喷 射l颗Al熔滴的体积与振动2s给粉体积相等。对离散的单元进行逐点沉积,由点成线,再 由线成面即完成第一层面的制备。完成第一个层面的沉积后,基板18沿Z轴向下运动100um的层面厚度距离,进行第二 层面的沉积。根据每个单元的材料信息,将单元位置移动至喷嘴或者毛细管下面进行沉积。相邻且不同材料属性的单元内的物质会发生反应生成第三种物质——Ti-Al金属间化 合物。熔滴和粉体都可以定点微量提供,真正实现了按需定位,精确定量,通过点沉积进行平 面构型、立体堆积,即可成型非均质件16。根据需要选择对非均质件进行热处理以消除单元间的冷隔层。 实施例2: SiCp颗粒局部增强Mg基复合材料零件的制备。要求制备上中下三段高度分别为10mm且各段增强体质量百分比不同的SiCp/Mg复合材 料,其中上下两端SiCp增强体的体积百分比为15%,中间部位SiCp增强体的体积百分比为 10%。根据零件的几何尺寸和材料信息进行三维建模,生成二维层面数据,层面厚度仍为100 ym,因此每段的层面数都是100。然后根据层面数据生成基板运动的数控代码和液滴及粉体 喷射的开关控制信号。把Mg型材放入坩埚12内,将SiCp颗粒放入粉斗9中,密封粉斗9。对真空室1进行抽真空后充入氩气,使真空室1内压强和大气压保持一致,循环操作两 次,使氧含量在10ppm以下,防止Mg型材在熔化后发生氧化。通过振动给粉控制模块3使毛细管6内充满SiCp增强体颗粒且能实现稳定给粉。通过 CCD摄像机2对给粉过程进行监控。开启加热控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沉积制备非均质件的方法,其特征在于包括下述步骤: (a)把待熔化的型材放入坩埚内,将粉体放入粉斗中并密封粉斗; (b)对真空室进行抽真空后充入氩气,使真空室内压强和大气压保持一致,真空室内的氧含量达到10ppm以下;(c)开启振动给粉控制模块,保证毛细管中随时有粉体可以顺利喷射沉积; (d)开启加热控制模块,将环形加热炉升温至800~900℃并保温,使坩埚内的型材完全融化;平板加热炉升温至200~300℃保证层面之间不出现冷隔层; (e)通过工控机对振动给粉控制模块、熔滴喷射控制模块和基板进行协调控制预备非均质件的制备; (f)对每个层面进行二维网格划分,形成单元,定义每个单元的坐标位置和材料属性,在每一个层面制备过程中,根据每个单元的材料属性沉积熔滴或者粉体,并且要求熔滴和粉体的体积相等; (g)完成一个层面的制备后,基板向下运动一个层面的厚度,然后进行下一个层面的沉积,逐层堆积,完成整个非均质件的制备; (h)对零件进行热处理以消除单元间的冷隔层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:齐乐华曾祥辉黄华罗俊晁艳普杨方
申请(专利权)人:西北工业大学
类型:发明
国别省市:87[中国|西安]

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