【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增材制造，具体涉及一种激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件及制备方法。
技术介绍
1、金属增材制造技术极大地解放了金属加工的约束限制，拓宽了设计师的思考自由度，缩短了设计流程，形成了设计、优化、制造一体化高效产品实现能力。结合力流的拓扑优化方法使高性能复杂轻质的金属增材制造结构在航空航天、医疗器械和汽车制造等工业领域得到了广泛的应用。金属增材制造技术大致可为两类：粉床熔融式和直接能量沉积式。前者主要工艺有激光选区熔化成形和电子束选区熔化成形；后者主要有激光近净成形和送丝激光增材制造。直接能量沉积式增材制造不受成形尺寸影响，但成型精度和表面质量较差，需要二次加工。粉床熔融式增材制造具有较高的精度和表面质量，是目前主流的增材制造技术。但此类工艺产品由于设备、操作和环境影响，仍然存在内部空隙缺陷，如气孔、夹杂、漏打等。
2、其中空隙是激光熔化过程中不可避免的缺陷，因为金属局部熔融很难达到百分之百的密度。空隙往往有两种：圆孔(气孔)和不规则形状的孔(粘结缺陷)。气孔为增材制造常见缺陷的一种。增材制造原材料在熔化过程中，液态熔池会溶解部分气体；熔池凝固时，如果气体来不及逸出就会在产品内部形成气孔。粘结缺陷是由于原材料熔融不足导致流动性减弱从而覆盖不良。空隙尺寸分布在50μm至几毫米之间，作为结构件裂纹起始点，在使用过程中往往会大大降低结构件的疲劳寿命。因此研究空隙的结构特征对激光增材制造结构件力学性能的影响一直是工程和学术研究的热点。同时工艺一直致力于对空隙缺陷控制与改进，其产生具有随机性。最终产品是否满足设计要求
3、为了定性和定量地评估这些构件缺陷对产品使用性能的影响，研究缺陷特征及分布与力学性能的关系及验收标准的制定，需在增材制造过程中预制内部缺陷。
4、目前常用的方法是在打印过程中设定数模的参数预制不同类型和尺寸的典型缺陷。因空隙的出现具有随机性，形状和大小在液体金属成型时具有不可控性。所以预制内部缺陷总是可遇不可求。现有可控的预制缺陷技术方案有：一、在实心夹杂引入制备工艺中，成品后通过化学或物理的方法从断面排出，如cn 111044426b和cn 110658122b；二、对金属成品切割，在断面上进行缺陷形状加工及填充，最后焊接，如cn 113109439a；三、利用机械压痕法或激光打孔法在试块表面制备未熔合区域引入镀镍的夹杂，如cn 113182531a，亦或在铺粉过程中放入异物来模拟空隙缺陷；四、对于气孔型缺陷，往往采用漏打空缺相应位置的方法，如cn114839010a。
5、除了内部预制外，还有通过成型后从外部钻孔一定深度来模拟“缺陷”。以上方法都难以模拟相对真实的内部缺陷。所形成的夹杂缺陷与基体材料不同，容易对结构件力学性能响应产生影响。
6、综上，当前针对激光熔融增材制造预制内部缺陷的方法对正确评价自然形成的空隙缺陷影响，指导制定合理的工艺验收标准还有差距。如何制备高置信度的空隙用于标准试验评估仍然是疲劳损伤容限定量设计的瓶颈。
技术实现思路
1、为了克服现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件及制备方法，用于解决现有技术中存在的上述问题。
2、一种激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，所述方法包括步骤：
3、s1.制备预制内部缺陷；
4、s2.准备金属粉体原料；
5、s3.将所述金属粉体原料在激光熔融床上铺设均匀，并在铺设时将所述预制内部缺陷置于确定的位置；
6、s4.采用激光熔融增材制造对所述铺设均匀的金属粉末原料和所述预制内部标准缺陷件进行熔化处理；
7、s5.将处理后的产物进行固定成型；
8、s6.对固定成型的产物进行检验，若合格，则得到预制内部缺陷试验件，其中，s1和s2顺序可调。
9、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s1具体包括：
10、s11.确定预制内部缺陷的形状和尺寸信息；
11、s12.根据形状和尺寸信息制作阴模模具和阳模模具；
12、s13.在常温下将水凝胶灌入所述阴模模具，并进行低温冷冻成型处理；
13、s14.将处理后得到的水凝胶固体和陶瓷粘土浆料置于所述阳模模具中；
14、s15.将所述阳模模具进行高温定型烘干处理，得到薄壁缺陷毛坯料，作为预制内部缺陷。
15、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述金属粉末包括熔点低于1700℃的铝合金、钛合金、不锈钢、镍基合金中的一种或几种的混合。
16、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述激光采用的参数包括：控制功率小于等于120w、扫描速率小于等于90mm/s、熔融金属温度低于2000℃。
17、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，陶瓷粘土包括a l2o3、sio2、h2o和微量fe2o3和t io2。
18、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s13中的低温为低于-10℃，s15中的高温为70℃-80℃。
19、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述预制内部缺陷的壁厚为10μm-40μm，尺寸在100μm至10mm之间。
20、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述金属粉末为球形或近似球形，尺寸范围约10-100μm，体积分数为10％-50％。
21、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述检验包括对预制内部缺陷的位置和尺寸进行检测，若符合要求，则合格。
22、本专利技术还提供了一种激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件，所述试验件所述的制备方法制得，所述试验件包括预制内部缺陷，且所述预制内部缺陷在所述试验件的任意设定的位置。
23、本专利技术的有益效果
24、与现有技术相比，本专利技术有如下有益效果：
25、本专利技术激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，制备预制内部缺陷；准备金属粉体原料；将所述金属粉体原料在激光熔融床上铺设均匀，并在铺设时将所述预制内部缺陷置于确定的位置；采用激光熔融增材制造对所述铺设均匀的金属粉末原料和所述预制内部标准缺陷件进行熔化处理；将处理后的产物进行固定成型；对固定成型的产物进行检验，若合格，则得到预制内部缺陷试验件。具有如下有益效果：
26、1)引入超薄陶瓷缺陷，可相对准确地模拟增材制造中产生的内部空隙形状和尺寸；
27、2)预制缺陷置于粉末金属基体中，可模拟任意位置空隙缺陷或夹杂；
28、3)利用陶瓷刚度大，断裂伸长率小，耐高温，表面光滑且表面张力大，与液体金属浸润后粘接差，这些特点形成的预制缺陷对试验件真实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
2.根据权利要求1所述的激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，其特征在于，所述S1具体包括：
3.根据权利要求1所述的激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，其特征在于，所述金属粉末包括熔点低于1700℃的铝合金、钛合金、不锈钢、镍基合金中的一种或几种的混合。
4.根据权利要求1所述的激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，其特征在于，所述激光采用的参数包括：控制功率小于等于120W、扫描速率小于等于90mm/s、熔融金属温度低于2000℃。
5.根据权利要求2所述的激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，其特征在于，陶瓷粘土包括Al2O3、SiO2、H2O和微量Fe2O3和TiO2。
6.根据权利要求2所述的激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，其特征在于，所述S13中的低温为低于-10℃，S15中的高温为70℃-80℃。
7.根据权利要求2所述的激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方
8.根据权利要求3所述的激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，其特征在于，所述金属粉末为球形或近似球形，尺寸范围约10-100μm，体积分数为10％-50％。
9.根据权利要求2所述的激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，其特征在于，所述检验包括对预制内部缺陷的位置和尺寸进行检测，若符合要求，则合格。
10.一种激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件，其特征在于，所述试验件采用权利要求1-9中任一项所述的制备方法制得，所述试验件包括预制内部缺陷，且所述预制内部缺陷在所述试验件的任意设定的位置。
...【技术特征摘要】
1.一种激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
2.根据权利要求1所述的激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，其特征在于，所述s1具体包括：
3.根据权利要求1所述的激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，其特征在于，所述金属粉末包括熔点低于1700℃的铝合金、钛合金、不锈钢、镍基合金中的一种或几种的混合。
4.根据权利要求1所述的激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，其特征在于，所述激光采用的参数包括：控制功率小于等于120w、扫描速率小于等于90mm/s、熔融金属温度低于2000℃。
5.根据权利要求2所述的激光熔融增材制造预制内部缺陷试验件的制备方法，其特征在于，陶瓷粘土包括al2o3、sio2、h2o和微量fe2o3和tio2。
6.根据权利要求2所述的激光熔融增材制造预制内部缺陷...
【专利技术属性】
技术研发人员：张发，张烨，刘世伟，张广鑫，黄海龙，张会占，许延，王裕，徐吉峰，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心，
类型：发明
国别省市：
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