[发明专利]非晶/金属微叠层复合材料超声波积累制造方法

说明书

本发明涉及非晶/金属微叠层复合材料超声波积累制造方法，所述的制备方法包括提取零件的分层数据，在金属箔材基底上采用超声波固结技术逐层焊接非晶/金属箔材，并按照设定的零件轮廓逐层对焊接后的非晶/金属微叠层复合材料进行切割，最终获得由非晶/金属微叠层复合材料构成的零件。该方法易实现由非晶/金属微叠层复合材料构成的三维复杂形状零件的制造以及大尺寸的非晶基微叠层复合材料。该复合材料中存在的微米级多界面效应能克服非晶合金室温塑性差、断裂韧性低的劣势，超声波固结技术能保证成型三维构件内部较低的残余内应力以及良好的结构稳定性。

技术领域

本发明涉及3D打印复合材料制备技术领域，特别是一种利用超声波固结技术制造非晶/金属箔微叠层复合材料的制备方法。

背景技术

非晶合金由于其特殊的长程无序、短程有序的原子结构，表现出比常规晶态金属更加优异的性能，如高强度、高模量、良好的耐磨耐蚀性、优异的磁学性能等，在航空、航天、军事及民用领域具有非常广泛的应用前景。但由于非晶合金室温塑性差，且当前可制备的块体非晶材料临界尺寸小，使得非晶合金的广泛应用受到极大限制。通过非晶及其复合材料超声波固结积累制造技术可实现低温下非晶、金属箔间的冶金焊合，并基于此通过积累增材、铣削减材等步骤实现非晶/金属复层三维零件的3D制造，迄今为止尚未见报道。

发明内容

本发明提供一种非晶/金属微叠层复合材料超声波积累制造方法，从而克服非晶材料临界尺寸小、室温塑性差、限制其作为结构材料的缺陷。

为解决以上技术问题，根据本发明的一个方面，提供的一种非晶/金属微叠层复合材料超声波积累制造方法，提取零件的分层数据，在金属箔材基底上采用超声波焊接逐层将非晶带材与金属箔材焊接结合，并按照设定的零件轮廓逐层对焊接后的非晶/金属叠层复合材料进行切削，最终获得由非晶/金属微叠层复合材料构成的零件结构。

本发明的基本构思是非晶及其复合材料超声波固结积累制造技术可实现低温下非晶、金属箔间的冶金焊合，利用积累增材制造获得非晶/金属叠层复合材料，再通过数控铣削完成对复合材料的减材制造过程，从而实现非晶/金属复层三维零件的3D制造。

进一步地，所述的非晶/金属微叠层复合材料超声波积累制造方法，包括步骤：

一，首先对非晶带材及金属箔材表面进行表面处理；

二， 在电磁吸附基板上先铺放一张金属箔，通过电磁力或夹具将其位置固定；

三，对成型零件进行三维数据采集及切片处理得到若干层水平层数据，设定非晶带材的叠放方向和叠放路径，其中，叠放方向包括X方向、Y方向和介于X、Y方向之间的角度，叠放路径包括开始和结束时的叠放位置；

四，进行超声波焊接，滚动超声波发生器沿设定的叠放路径在非晶/金属箔材表面滚动，非晶带材与金属箔在轧制压力作用以及超声波振动作用下实现焊合；

五，完成一层非晶/金属箔焊接后切割该复合层至所需的零件轮廓；

六，重复步骤三至五，直到完成非晶/金属微叠层复合材料零件的成形；

七，对成形零件进行后处理，获得非晶/金属微叠层复合材料。

进一步地，步骤一中，采用化学清洗结合机械研磨方式对非晶带材及金属箔材表面进行表面处理，具体是将非晶带材及金属箔材的表面采用质量浓度为3％的盐酸酒精清理，再用砂纸对非晶带材及金属箔材表面进行粗磨，再用羊毛毡分别对非晶带材及金属箔材从横向、纵向和45°方向上进行打磨，随后放置于超声波清洗机中清洗，而后使用蘸有丙酮的棉花擦洗箔材表面，直到彻底清洗干净后使用吹风机将表面吹干。

进一步地，步骤三中，非晶带材在金属箔层上叠放时，同层非晶带材成相互平行的方向铺满铝箔层，非晶带材间距≤0.1mm；非晶带材的叠放角度从第一层向上沿顺时针方向逐层递加，不同层中非晶带材叠放角度应与相邻层间夹角≤10°。