本發(fā)明涉及非晶合金復(fù)合材料成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用激光3d打印技術(shù)制備非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件的方法。

背景技術(shù)：

非晶態(tài)金屬集眾多優(yōu)異性能于一身，如高強(qiáng)度、高硬度、耐磨以及耐腐蝕等。這些優(yōu)異的性能使其在航空航天、汽車船舶、裝甲防護(hù)、精密儀器、電力、能源、電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都存在廣泛的應(yīng)用前景。然而，目前通常采用的銅模鑄造法制備出的非晶態(tài)金屬的尺寸僅為厘米級，嚴(yán)重地制約其工程化應(yīng)用。另外，由于非晶態(tài)金屬存在嚴(yán)重的室溫脆性問題，其在室溫下難以進(jìn)行機(jī)械加工，所以難以獲得精密復(fù)雜的非晶態(tài)金屬構(gòu)件。因此，顛覆傳統(tǒng)以鑄造為主的制造工藝，從而無尺寸限制地制備具有復(fù)雜形狀的非晶態(tài)金屬構(gòu)件，是突破非晶態(tài)金屬工程化應(yīng)用瓶頸的關(guān)鍵。

激光3d打印技術(shù)屬于快速成形技術(shù)的一種，與傳統(tǒng)的切削等機(jī)械加工技術(shù)不同，該技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)的先進(jìn)制造技術(shù)，其具有選材范圍廣、材料利用率高、低成本、精度高、周期短等優(yōu)勢。由于激光3d打印技術(shù)是一種逐點離散熔覆沉積的成型方法，其每點所受激光加熱面積較小，熔池的熱量可以迅速向基體擴(kuò)散；如果熔池的冷卻速率高于所打印金屬材料形成非晶態(tài)所需的臨界冷卻速率，則熔體在冷凝的過程中不發(fā)生晶化，即獲得非晶態(tài)；逐層沉積則可制備具有復(fù)雜形狀、無尺寸限制的非晶態(tài)金屬構(gòu)件。然而，在實際3d打印非晶合金過程中人們發(fā)現(xiàn)，所成型的非晶合金不是完全非晶態(tài)，即包含非晶相和晶化相。這種包含非晶相和晶化相的金屬材料被稱為非晶合金復(fù)合材料。另外，現(xiàn)有的利用激光3d打印技術(shù)成型的非晶合金復(fù)合材料都存在明顯的裂紋。裂紋的存在嚴(yán)重地降低了非晶合金復(fù)合材料的優(yōu)異力學(xué)性能，因此，如何抑制裂紋，是采用激光3d打印技術(shù)成型非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，而提供一種非晶合金復(fù)合材料的激光3d打印方法。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種非晶合金復(fù)合材料的激光3d打印方法，其特征在于，將粒徑為20～150μm的非晶合金復(fù)合材料合金粉末，在激光功率100～600w，掃描速度500～1200mm/min，激光光斑直徑0.5～4mm，搭接率為15～50％，打印層厚0.5～2mm，打印環(huán)境氧濃度低于50ppm，基板預(yù)熱溫度0～300℃的條件下，利用同軸送粉3d打印方法逐層成型非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件；

將得到的非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件在惰性氣體保護(hù)和溫度300～600℃下退火，時間2～12h。

所述非晶合金復(fù)合材料合金粉末成分由zr，ti，nb，cu，al，be組成，其中各元素的原子百分比為：zr：40～45％，ti：34～38％，nb：8～11％，cu：7～10％，al：0～5％，be：2～11％。

所述基板預(yù)熱通過支撐基板的導(dǎo)熱銅板的傳熱實現(xiàn)，所述導(dǎo)熱銅板內(nèi)部接通溫度為0～300℃的循環(huán)流動液體或布置加熱電阻絲。

所述基板的厚度為5～60mm，材質(zhì)為45號鋼或tc4鈦合金。

利用導(dǎo)熱硅膠將所述基板緊密粘貼到所述導(dǎo)熱銅板上。

本發(fā)明的優(yōu)點是克服水淬法和銅模鑄造法成型非晶合金復(fù)合材料尺寸較小和形狀簡單的缺點，解決了非晶合金復(fù)合材料難以機(jī)械加工的難題，且具有節(jié)省原料，效率高等優(yōu)點。

基于上述理由本發(fā)明可在非晶合金復(fù)合材料成形等領(lǐng)域廣泛推廣。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做以簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的具體實施方式中非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件的微觀形貌圖。

圖2是本發(fā)明的具體實施方式中非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件的室溫拉伸力學(xué)曲線。

圖3是本發(fā)明的具體實施方式中一種非晶合金復(fù)合材料的激光3d打印方法所用裝置的示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

一種非晶合金復(fù)合材料的激光3d打印方法所用裝置的示意圖如圖3所示。

圖中：1、真空手套箱，2、激光熔覆頭，3、激光束，4、非晶合金復(fù)合材料合金粉末，5、非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件，6、基板，7、導(dǎo)熱硅膠，8、導(dǎo)熱銅板，9、加熱液體導(dǎo)管，10、工作臺，11、激光器，12、光纖，13、送粉器14、送粉桶，15、送粉管。

將粒徑為20～50μm的非晶合金復(fù)合材料合金粉末4，放置到同軸送粉激光3d打印送粉器13的送粉桶14內(nèi)。

所述非晶合金復(fù)合材料合金粉末成分由zr，ti，nb，cu，al，be組成，其中各元素的原子百分比為：zr：40％，ti：34％，nb：8％，cu：7％，al：0％，be：11％。；

所述基板6的厚度為20mm，材質(zhì)為tc4鈦合金。

利用導(dǎo)熱硅膠7將基板6緊密粘貼到導(dǎo)熱銅板8上。

導(dǎo)熱銅板8內(nèi)部接通溫度為室溫的循環(huán)流動水。

利用計算機(jī)構(gòu)建三維實體模型，設(shè)置沿z向生成每層厚度為1mm的層狀模型以及各層掃描路徑程序。

激光3d打印的工藝參數(shù)：激光功率200w，掃描速度1000mm/min，激光光斑直徑4mm，搭接率30％，打印環(huán)境氧濃度低于50ppm。

啟動打印程序，激光束3按照預(yù)置的掃描路徑完成第一層截面圖形打印，激光打印頭上升1mm，開始第二層截面圖形打印，上述過程循環(huán)進(jìn)行，最終得到非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件5。

將得到的非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件5移到加熱爐中，爐內(nèi)有n2氣體保護(hù)，溫度200℃，退火處理時間2h，完成非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件5的制備。

圖1中顏色較亮的區(qū)域為晶體相，顏色較暗的區(qū)域為非晶相。由此圖可見，非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件5組織結(jié)構(gòu)致密，沒有明顯的裂紋等缺陷。該非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件5的室溫拉伸力學(xué)曲線如圖2所示，可見，非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件5力學(xué)性能適配，具有較高的強(qiáng)度，同時兼具較好的拉伸塑性。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種非晶合金復(fù)合材料的激光3D打印方法，將粒徑為20～150μm的非晶合金復(fù)合材料合金粉末，在激光功率100～600W，掃描速度500～1200mm/min，激光光斑直徑0.5～4mm，搭接率為15～50％，打印層厚0.5～2mm，打印環(huán)境氧濃度低于50ppm，基板預(yù)熱溫度0～300℃的條件下，利用同軸送粉3D打印方法逐層成型非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件；將得到的非晶合金復(fù)合材料構(gòu)件在惰性氣體保護(hù)和溫度300～600℃下退火，時間2～12h。本發(fā)明克服水淬法和銅模鑄造法成型非晶合金復(fù)合材料尺寸較小和形狀簡單的缺點，解決了非晶合金復(fù)合材料難以機(jī)械加工的難題，且具有節(jié)省原料，效率高等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：呂云卓;陸興;覃作祥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.10
技術(shù)公布日：2017.07.25