[发明专利]一种采用激光扫描制造多孔金属零件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔金属成型和粉末冶金领域，特别是一种利用激光扫描的方法将金属粉末表层瞬时熔化，并且两颗粒之间产生瞬间粘性流动熔合形成多孔金属材料，并直接将多孔金属材料形成零件的方法。

背景技术

与致密金属相比，多孔金属具有体积密度小、相对质量轻、比表面积大、比力学性能高、阻尼性能好等特点，已成为一种性能优异的功能结构材料。由于其优异的物理、力学性能，且兼具功能和结构的双重属性，被广泛应用到航空航天、原子能、医学、环保、冶金、机械、建筑、电化学和石油化工等领域，其应用几乎涵盖了多孔材料的所有用途，而且有着许多其他多孔材料难以比拟的独特优势，在科学技术和经济建设中发挥着巨大的作用。

目前制备多孔金属的工艺方法主要有以下几类：

1固态烧结法是通过粉末或纤维形式的固态金属物质来制备多孔金属材料，这是一种历史很长的工艺方法，整个加工过程仅有烧结处理或其他固态操作。

2液态金属熔体凝固法适于熔点较低的金属或合金。由金属熔体制取多孔材料的具体形式各不相同，有熔体直接起泡法（其中又分熔体发泡法和气体注入法）、聚合物泡沫体间接制造法、固态占位填料铸造法、粉末致密体熔化发泡法等 。

3溅射夹气沉积法是在一定的惰性气体分压下，采用阴极溅射的方法在基体材料上沉积出夹杂惰性气体原子的金属。加热至金属熔点以上充分保温，使夹杂的气体膨胀而形成孔隙，冷却后即得闭孔结构的多孔金属材料。

4喷雾夹带沉积法是将金属熔体连续雾化，产生喷雾形成技术，如果注入的粉末物质在与熔融金属接触时分解并释放大量的气体，则会在沉积物中产生孔隙，从而制备出多孔金属材料。

5自蔓延高温合成又称燃烧合成，是近多年来发展非常迅速的材料制备新技术，它是利用化学反应自身的生成热来维持材料的合成，同时生成多孔的骨架结构。腐蚀造孔法是先制取一固溶体预合金坯，然后将此合金作为阳极，调整电化学势，使电化学活性较高的金属溶解，从而得到多孔金属。

上述多孔金属制备技术适合制备多孔金属材料，无法进行复杂结构的多孔金属零件成形制造。近十几年间发展起来的选择性激光熔化（Selective Laser Sintering，SLM）快速制造技术打破了金属零件制造的传统模式，它利用激光作为加工能源，依据叠层制造原理，能够制造出应用于特殊领域的复杂零部件。华中科技大学研制了HRPM一Ⅱ型SLM快速成形系统，主要由计算机控制系统，光纤激光器、激光光路系统、扫描镜、工作台、供粉筒、铺粉辊和工作缸构成。SLM成形时，先将零件的数据模型输入到SLM快速成型系统的计算机中，先在工作台而上铺～层粉末材料，然后，激光束在计算机的控制下，按照截面轮廓的信息，对制件实心部分所在的粉末进行扫描，使粉末的温度超过其熔化点，于是粉末完全熔化，得到这一层轮廓。在非熔化区的粉末仍呈松散状，作为制件和下一层粉末的支撑。每层熔化成形后，工作台下降一定的高度(0.02～0.10 mm)，再进行下一层的铺料和熔化，如此循环，最终形成三维制件。三维制件完成后，清除其周围未熔化的粉末，即可得到所需要的零件/模具。

如果将孔隙在金属零件SLM制造中的产生理解转化成一种有力的造孔控制方法，即采用SLM技术制造金属零件过程中，控制成形孔隙率，不仅可以制造出致密金属零件，而且可进行多孔金属零件的成形制造，还可成形制造出孔隙梯度金属零件，更能够充分发挥多孔金属的优良性能，拓宽多孔金属的应用领域。

目前，利用上述SLM快速制造技术可以制造非常优良的多孔金属材料，利用多孔金属材料根据复杂零件的形状形成零件，不能在制造多孔金属材料同时直接形成复杂的多孔金属零件。

发明内容

本发明提供一种采用激光扫描方法制造复杂多孔金属零件的新方法，该方法利用激光作为能源，综合粉末冶金和激光叠层快速制造原理，同时将金属零件的内部孔隙与外形结构一步制造出来，具有其他多孔金属材料制备方法无法比拟的优势。

本发明的技术方案是：一种采用激光扫描制造复杂多孔金属零件的方法，该方法利用选择性激光熔化快速成形系统，同时将金属零件的内部孔隙与外形结构一步制造出来，包括以下步骤：

步骤A、配制金属或者合金粉末；将金属或合金制备成球形粉末，并进行分选，粒度范围跨度在±10-20μm；