【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于点阵金属的增材制造，具体涉及一种增材制造超轻因瓦合金点阵结构及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着技术的不断进步，各种复杂构件的轻量化、集成化和多功能化已成为航空航天等高端装备发展的主要趋势，这对结构的设计提出了更高的要求。在航空领域，轻量化是航空飞行器设计领域一直追求的目标。数据表明，飞机重量每减轻1%，飞机性能可提高3%~5%；同时，重量减轻有利于提高飞机整体的燃油效率和载重量，轻量化程度已成为衡量航空飞行器的重要指标之一；在航天领域，减重也已进入了“克克计较”的时代，航天飞行器的重量每减重1kg，其发射成本可减少1.5万美元，同时，通过轻量化技术可以有效地降低飞行器的质量与能耗，从而提升其运载能力、运行速度、续航能力与机动性。
2、此外，随着航空航天飞行器的高速发展，各类新设备、新器件不断迭代升级，在满足轻量化需求的同时对结构的热膨胀性能提出了更高的要求，如航天遥感器、精密激光、光学测量系统等领域亟需低膨胀甚至零膨胀性能以保证结构系统的稳定性和尺寸/测量精度。
3、点阵结构作为一种功能性结构，除了具有基本的力学属性外，在轻质、热力学等方面也具有特殊的功能，通过将其填充于零件内部已成为实现结构轻量化的重要手段。增材制造技术的高速发展为点阵结构在航空航天领域的发展提供了基础，然而，点阵结构的轻量化水平普遍与点阵结构的棱柱直径相关，轻量化水平高的超轻点阵结构通常是由超细杆点阵单胞拓展构成的，因此，急需开展以超细杆为特征的超轻点阵结构设计；同时，常规的增材制造工艺在制备超细杆点阵结构的过程中
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：提供一种增材制造超轻因瓦合金点阵结构及其制备方法和应用。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种增材制造超轻因瓦合金点阵结构，该增材制造超轻因瓦合金点阵结构由三维点阵单胞拓展而成，所述三维点阵单胞由平面菱形结构旋转变换而来，平面菱形结构的一个锐角与空间z轴夹角成45°且平面菱形结构在空间xz平面内对称分布；以平面菱形结构的上述锐角顶点为原点，平面菱形结构沿空间x轴先分别旋转-90°、90°、180°，再沿空间z轴分别旋转-90°、90°、180°，获得32棱柱点阵单胞，将32棱柱点阵单胞沿横纵方向拓展获得增材制造超轻因瓦合金点阵结构，所述增材制造超轻因瓦合金点阵结构密度为0.4g/cm3~1.6g/cm3，所述增材制造超轻因瓦合金点阵结构在-60℃~100℃的温度区间内热膨胀系数不高于0.8×10-6k-1。
4、进一步，制备增材制造超轻因瓦合金点阵结构的基体材料为因瓦合金，因瓦合金牌号为4j32、4j32a、4j36、4j38中的一种，因瓦合金的粉末粒径为15μm~53μm。
5、进一步，增材制造超轻因瓦合金点阵结构的孔隙率为80%~95%，所述32棱柱点阵单胞的棱柱直径为0.2mm~1mm。
6、进一步，一种增材制造超轻因瓦合金点阵结构的制备方法，采用选区激光熔化增材制造工艺制备增材制造超轻因瓦合金点阵结构，具体包括以下步骤：
7、步骤一、采用三维设计软件设计增材制造超轻因瓦合金点阵结构，建立增材制造超轻因瓦合金点阵结构的三维模型；
8、步骤二、采用切片软件对步骤一中建立的增材制造超轻因瓦合金点阵结构的三维模型进行切片化处理，采用多截面外圈补偿为特征的选区激光熔化增材制造工艺制备增材制造超轻因瓦合金点阵结构；
9、步骤三、对步骤二所获得的增材制造超轻因瓦合金点阵结构进行热处理，热处理方式为固溶处理，热处理温度为800℃~870℃，热处理时间为1小时~15小时。
10、进一步，步骤二中所述的选区激光熔化增材制造工艺参数为：打印功率为80w~120w，扫描速度为1000mm/s~1200mm/s，扫描间隔为80μm~120μm，单层层厚为20μm~40μm，扫描角度为45°~90°，体能量密度为24.8j/mm3~41.7j/mm3；所述的多截面外圈补偿为基于增材制造超轻因瓦合金点阵结构小截面非连续的特征构建多截面外圈补偿区域，采用均匀断开的多截面外圈扫描模式进行增材制造；多截面外圈补偿参数为：激光功率100w~150w，扫描速度为800mm/s~1100mm/s，外圈偏置尺寸为0.1mm~0.5mm。
11、进一步，一种增材制造超轻因瓦合金点阵结构的应用，采用增材制造超轻因瓦合金点阵结构，所述增材制造超轻因瓦合金点阵结构应用于航空航天领域极端环境服役条件下热稳定结构部件中。
12、本专利技术的优点及有益效果是：
13、1、轻量化程度高。本专利技术设计了一种32棱柱点阵单胞，拓展而成点阵结构的孔隙率可达80%~95%，棱柱直径仅为0.2mm~1mm，通过选区激光熔化增材制造技术制备的点阵结构密度仅为0.4g/cm3~1.6g/cm3，轻量化程度远高于航空航天领域其他常用的金属材料，如铝合金、钛合金、镁合金等。
14、2、实现超轻因瓦合金点阵结构的有效制备。本专利技术通过使用多截面外圈补偿特征的增材制造工艺，采用均匀断开的扫描模式，基于小截面非连续特征的外圈选择构建外圈补偿区域，实现了具有超细杆特征的超轻因瓦合金点阵结构的有效制备。
15、3、低膨胀。本专利技术使用因瓦合金为基体材料，通过三维点阵结构设计和增材制造工艺调控的方式实现了超轻因瓦合金点阵结构的有效制备，点阵结构整体在-60℃~100℃内热膨胀系数不高于0.8×10-6k-1。
16、4、可设计性强。本专利技术使用多截面外圈补偿为特征的选区激光熔化增材制造技术制备增材制造超轻因瓦合金点阵结构，选区激光增材制造技术是增材制造制备工艺的一种，其增材过程中无模具加工，不受合金体系和工件形状的制约，具有极高的设计自由度。
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1.一种增材制造超轻因瓦合金点阵结构，其特征在于：该增材制造超轻因瓦合金点阵结构由三维点阵单胞拓展而成，所述三维点阵单胞由平面菱形结构旋转变换而来，平面菱形结构的一个锐角与空间Z轴夹角成45°且平面菱形结构在空间XZ平面内对称分布；以平面菱形结构的上述锐角顶点为原点，平面菱形结构沿空间X轴先分别旋转-90°、90°、180°，再沿空间Z轴分别旋转-90°、90°、180°，获得32棱柱点阵单胞，将32棱柱点阵单胞沿横纵方向拓展获得增材制造超轻因瓦合金点阵结构；所述增材制造超轻因瓦合金点阵结构密度为0.4g/cm3~1.6g/cm3，所述增材制造超轻因瓦合金点阵结构在-60℃~100℃的温度区间内热膨胀系数不高于0.8×10-6K-1。
2.根据权利要求1所述的增材制造超轻因瓦合金点阵结构，其特征在于：制备增材制造超轻因瓦合金点阵结构的基体材料为因瓦合金，因瓦合金牌号为4J32、4J32A、4J36、4J38中的一种，因瓦合金的粉末粒径为15μm~53μm。
3.根据权利要求1所述的增材制造超轻因瓦合金点阵结构，其特征在于：增材制造超轻因瓦合金点阵结构的孔隙
4.一种增材制造超轻因瓦合金点阵结构的制备方法，采用选区激光熔化增材制造工艺制备如权利要求1所述的增材制造超轻因瓦合金点阵结构，其特征在于，具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的增材制造超轻因瓦合金点阵结构的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的选区激光熔化增材制造工艺参数为：打印功率为80W~120W，扫描速度为1000mm/s~1200mm/s，扫描间隔为80μm~120μm，单层层厚为20μm~40μm，扫描角度为45°~90°，体能量密度为24.8J/mm3~41.7J/mm3；所述的多截面外圈补偿为基于增材制造超轻因瓦合金点阵结构小截面非连续的特征构建多截面外圈补偿区域，采用均匀断开的多截面外圈扫描模式进行增材制造；多截面外圈补偿参数为激光功率100W~150W，扫描速度为800mm/s~1100mm/s，外圈偏置尺寸为0.1mm~0.5mm。
6.一种增材制造超轻因瓦合金点阵结构的应用，采用权利要求1所述的增材制造超轻因瓦合金点阵结构，其特征在于，所述增材制造超轻因瓦合金点阵结构应用于航空航天领域极端环境服役条件下热稳定结构部件中。
...【技术特征摘要】
1.一种增材制造超轻因瓦合金点阵结构，其特征在于：该增材制造超轻因瓦合金点阵结构由三维点阵单胞拓展而成，所述三维点阵单胞由平面菱形结构旋转变换而来，平面菱形结构的一个锐角与空间z轴夹角成45°且平面菱形结构在空间xz平面内对称分布；以平面菱形结构的上述锐角顶点为原点，平面菱形结构沿空间x轴先分别旋转-90°、90°、180°，再沿空间z轴分别旋转-90°、90°、180°，获得32棱柱点阵单胞，将32棱柱点阵单胞沿横纵方向拓展获得增材制造超轻因瓦合金点阵结构；所述增材制造超轻因瓦合金点阵结构密度为0.4g/cm3~1.6g/cm3，所述增材制造超轻因瓦合金点阵结构在-60℃~100℃的温度区间内热膨胀系数不高于0.8×10-6k-1。
2.根据权利要求1所述的增材制造超轻因瓦合金点阵结构，其特征在于：制备增材制造超轻因瓦合金点阵结构的基体材料为因瓦合金，因瓦合金牌号为4j32、4j32a、4j36、4j38中的一种，因瓦合金的粉末粒径为15μm~53μm。
3.根据权利要求1所述的增材制造超轻因瓦合金点阵结构，其特征在于：增材制造超轻因瓦合金点阵结构的孔隙率为80%~95%，所述32棱柱点阵单胞...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏彦鹏，马英纯，苗治全，于波，李怀乾，周浩然，时坚，杨明科，关书文，
申请(专利权)人：中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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