一种钨铜发汗材料结构件及其多材料增材制造方法技术

本发明专利技术公开了一种钨铜发汗材料结构件及其多材料增材制造方法，该方法包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种钨铜发汗材料结构件及其多材料增材制造方法


[0001]本专利技术属于金属发汗材料结构件的多材料增材制造
，涉及一种金属发汗材料结构件的制备方法，尤其涉及一种钨铜发汗材料结构件及其多材料增材制造方法，可实现填充材料的致密化填充，同时可以实现骨架连接强度的提高，提高复合材料的抗断裂和抗脱落性能
。

技术介绍

[0002]金属发汗材料结构件是一种利用高熔点金属和低熔点金属之间的固相反应来制备的复合材料，其特点是在反应过程中产生大量的热量，从而使反应区域的温度升高，形成一个类似于发汗的现象
。
金属发汗材料具有许多优异的性能，例如高强度
、
高硬度
、
高耐磨性
、
高导电性
、
高导热性等
。
这些性能使得金属发汗材料在航天
、
电子
、
机械加工等领域有着广泛的应用
。
例如，金属发汗材料可以用来制造耐高温的航天器器件，也可以用来制造电器开关触点及电火花加工电极等零部件，提高其寿命和性能
。
金属发汗材料结构件的基本原理是：使用高熔点金属制造成多孔骨架基体，骨架间隙填充低熔点金属
。
服役过程中发汗结构在瞬间达到几千度高温的条件下，借助于低熔点金属蒸发吸热，降低基体的温度
。
[0003]目前，最主要的发汗材料是钨铜发汗材料，钨作为骨架，铜作为填充材料
。
当钨铜发汗材料在高温下工作时，铜液体会蒸发吸热，从而冷却钨骨架，并减少钨骨架的氧化和烧蚀
。
同时，铜液体还可以提供良好的导电性和导热性
。
现有发汗材料结构件主要采用两种制造方法：先成形骨架后熔渗方法和混合粉末一体化制造方法
。
先成形骨架后熔渗法
(
以中国专利技术专利申请
CN202210345692.8
所公开的一种金属发汗材料复杂预制件的成形方法为例
)
是使用增材制造或者粉末烧结的方式将高熔点金属粉末先成形为多孔骨架基体，再将低熔点金属熔渗进入骨架间隙
。
另一种制造发汗材料结构的方式是使用熔覆增材制造方法，即混合粉末一体化制造方法
(
以中国专利技术专利申请
CN201410185162.7
所公开的激光熔覆钨铜复合材料及其制备方法为例
)
是将骨架材料和填充材料的粉末按一定比例进行混合后再送入激光熔覆区域在基底上逐层进行扫描和沉积实现三维制造
。
[0004]这两种制造方法各有优缺点
。
先成形骨架后熔渗法的优点是可以保证骨架基体的结构完整性和力学性能，同时也可以根据需要调节低熔点金属的含量和分布
。
混合粉末一体化制造法的优点是可以实现复合材料的一步成形，避免了熔渗过程中的温度和压力控制问题，也可以减少材料的损耗和成本
。
然而，这两种方法也存在一些问题：
(1)
先骨架再熔渗式的主要问题是会出现熔渗不充分，如果低熔点金属不能完全填充骨架孔隙，那么发汗效果就会降低，同时也会影响复合材料的力学性能和耐烧蚀性能；
(2)
混合粉末一体化制造法的主要问题在于成形后骨架材料连接强度不高，服役过程中发生烧蚀后会出现零件三维气动结构发生改变，从而降低其抗烧蚀性能和机械性能
。
因此，如何解决发汗结构制造后填充材料熔渗不充分以及骨架材料开裂导致连接强度不足等问题，是本领域中所亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0005](
一
)
专利技术目的
[0006]针对现有技术的上述缺陷和不足，为解决填充材料熔渗不充分以及直接使用激光进行钨铜发汗材料过程中会出现纯钨开裂等技术问题，本专利技术旨在提供一种钨铜发汗材料结构件及其多材料增材制造方法，本专利技术使用多材料增材制造的方式，可以实现复杂精细结构的钨铜发汗材料的快速制造，成形精度高，钨铜材料复合方式自由
。
同时，本专利技术使用基于粉末床结合精确送粉，可以精确地在骨架间隙进行填充，并且通过工艺优化，实现填充材料的致密化填充
。
此外，本专利技术可以在骨架的间隙填充铜材料，利用铜的润湿性将微裂纹填充，从而提供整体材料的热导率，实现高热导
、
高熔点
、
高强度钨铜复合材料结构件的制备
。
[0007](
二
)
技术方案
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术的第1个专利技术目的在于提供一种钨铜发汗材料结构件的多材料增材制造方法，所述钨铜发汗材料结构件包括高熔点金属钨形成的骨架材料部和低熔点金属铜合金形成的填充材料部，其特征在于，所述方法在实施时至少包括以下步骤：
[0010]SS1.
构建钨铜发汗材料结构件的三维立体模型，并基于所述三维立体模型沿高度方向由底部至顶部逐层进行切片处理得到每一切片处骨架材料部和填充材料部分别对应的材料轮廓，之后根据沿高度方向逐层切片处理后得到的材料轮廓结果，分别对每一切片处的骨架材料部和填充材料部进行轮廓区域和扫描填充路径划分；
[0011]SS2.
将骨架材料粉末均匀铺设在整个成形基板上，利用激光光源按照步骤
SS1
所划分出来的相应高度切片处骨架材料部的轮廓区域和扫描填充路径进行选区扫描熔化成形；
[0012]SS3.
在步骤
SS2
的基础上，对所述成形基板上需要进行填充材料扫描熔化的区域进行清理，清除所述成形基板上未熔化成形的骨架材料粉末；
[0013]SS4.
在步骤
SS3
的基础上，将填充材料粉末输送至步骤
SS1
所划分出来的相应高度切片处填充材料部的轮廓区域，并利用激光光源按步骤
SS1
所划分出来的相应高度切片处填充材料部的扫描填充路径进行选区扫描熔化成形；
[0014]SS5.
在步骤
SS4
的基础上，清除所述成形基板上所有未熔化成形的填充材料粉末并对骨架材料与填充材料的混合区域进行清理；
[0015]SS6.
沿高度方向按照步骤
SS1
所划分出来的各高度切片处骨架材料部的轮廓区域和扫描填充路径逐层重复上述步骤
SS2
～
SS5
，直至完成所述钨铜发汗材料结构件的全部整体成形
。
[0016]优选地，上述步骤
SS1
中，对每一切片处的骨架材料部和填充材料部进行轮廓区域和扫描填充路径划分时，路径划分方式为条带扫描填充，条带宽度为
10mm。
[0017]优选地，上述步骤
SS1
中，对每一切片处的骨架材料部和填充材料部进行轮廓区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钨铜发汗材料结构件的多材料增材制造方法，所述钨铜发汗材料结构件包括高熔点金属钨形成的骨架材料部和低熔点金属铜合金形成的填充材料部，其特征在于，所述方法在实施时至少包括以下步骤：
SS1.
构建钨铜发汗材料结构件的三维立体模型，并基于所述三维立体模型沿高度方向由底部至顶部逐层进行切片处理得到每一切片处骨架材料部和填充材料部分别对应的材料轮廓，之后根据沿高度方向逐层切片处理后得到的材料轮廓结果，分别对每一切片处的骨架材料部和填充材料部进行轮廓区域和扫描填充路径划分；
SS2.
将骨架材料粉末均匀铺设在整个成形基板上，利用激光光源按照步骤
SS1
所划分出来的相应高度切片处骨架材料部的轮廓区域和扫描填充路径进行选区扫描熔化成形；
SS3.
在步骤
SS2
的基础上，对所述成形基板上需要进行填充材料扫描熔化的区域进行清理，清除所述成形基板上未熔化成形的骨架材料粉末；
SS4.
在步骤
SS3
的基础上，将填充材料粉末输送至步骤
SS1
所划分出来的相应高度切片处填充材料部的轮廓区域，并利用激光光源按步骤
SS1
所划分出来的相应高度切片处填充材料部的扫描填充路径进行选区扫描熔化成形；
SS5.
在步骤
SS4
的基础上，清除所述成形基板上所有未熔化成形的填充材料粉末并对骨架材料与填充材料的混合区域进行清理；
SS6.
沿高度方向按照步骤
SS1
所划分出来的各高度切片处骨架材料部的轮廓区域和扫描填充路径逐层重复上述步骤
SS2
～
SS5
，直至完成所述钨铜发汗材料结构件的全部整体成形
。2.
根据权利要求1所述的钨铜发汗材料结构件的多材料增材制造方法，其特征在于，上述步骤
SS1
中，对每一切片处的骨架材料部和填充材料部进行轮廓区域和扫描填充路径划分时，路径划分方式为条带扫描填充，条带宽度为
10mm。3.
根据权利要求1所述的钨铜发汗材料结构件的多材料增材制造方法，其特征在于，上述步骤
SS1
中，对每一切片处的骨架材料部和填充材料部进行轮廓区域和扫描填充路径划分时，至少根据骨架间隙的大小
、
形状
、
分布以及填充材料的润湿性
、
流动性
、
蒸发性，采用智能算法优化路径划分方式，提高填充效率和质量
。4.
根据权利要求1所述的钨铜发汗材料结构件的多材料增材制造方法，其特征在于，上述步骤
SS2
中，所述骨架材料粉末选用
35
‑
53
μ
m
粒径的金属钨粉末均匀的铺在所述成形基板上，利用激光光源按步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王殿政，杜宝瑞，徐羽辰，李恺伦，姚俊，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：