[发明专利]空气环境下选择性激光熔化金属微纳米混合颗粒溶液的增材制造金属多孔材料的方法

说明书

一种空气环境下选择性激光熔化金属微纳米混合颗粒溶液的增材制造金属多孔材料的方法，属于金属多孔材料制备技术领域。所述方法步骤如下：配置分散溶液；配置金属微米纳米混合溶液；清洗不锈钢基底并晾干；将不锈钢基底平面放于选择性激光熔化制造装置激光光斑40微米位置附近；进行激光扫描，使不锈钢微米粉和纳米金属粉与不锈钢基底熔化连接在一起；对金属多孔结构进行清洗。本发明的优点是：相比于现有的制造工艺方法，具有环境要求低、成本低、可控性强、设备要求低、灵活新高、工艺简单等优点。同时，表面均布有纳米颗粒，导致该结构具有超亲水及水下超疏油特性。

技术领域

本发明属于金属多孔材料制备技术领域，具体涉及一种空气环境下选择性激光熔化金属微纳米混合颗粒溶液的增材制造金属多孔材料的方法。

背景技术

金属材料增材制造技术是目前研究的基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。现有的金属增材制造技术主要为选择性激光熔化、选择性激光烧结、激光熔覆三种。金属增材制造技术是综合了计算机的图形处理、数字化信息和控制、激光技术、机电技术和材料技术等多项高技术的优势。金属增材制造技术被誉为将带来“第三次工业革命”的新技术。

选择性激光熔化技术是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。为了完全熔化金属粉末。在高激光能量密度作用下，金属粉末完全熔化，经散热冷却后可实现与固体金属冶金焊合成型。选择性激光熔化技术正是通过此过程，层层累积成型出三维实体的快速成型技术。

选择性激光烧结所用的金属材料是经过处理的与低熔点金属或者高分子材料的混合粉末，在加工的过程中低熔点的材料熔化但高熔点的金属粉末是不熔化的。利用被熔化的材料实现黏结成型，所以实体存在孔隙，力学性能差，要使用的话还要经过高温重熔。选择性激光也就是在加工的过程中用激光使粉体完全熔化，不需要黏结剂，成型的精度和力学性能都比选择性激光烧结要好。

激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。

然而，选择性激光熔化、选择性激光烧结、激光熔覆技术，由于过程中涉及金属材料的熔化和凝固，为避免引起被氧化，故均需要气体保护或真空环境。这大大增加了设备的复杂程度和制造成本。

金属多孔材料是一种特殊金属材料。通过其独特的结构特点，该材料具有密度小、隔热性能好、隔音性能好以及能够吸收电磁波等一系列良好优点，是随着人类科技逐步发展起来的一类新型材料，常用于航空航天、石油化工等一系列工业开发上。金属多孔材料的透气性很高，孔隙比表面积大，材料容重很小，在石油化工、航空航天、环保中用于制造净化、过滤、催化支架、电极等装置。由于多孔金属材料是由金属基体骨架连续相和气孔分散相或连续相组成的两相复合材料，因此其性质取决于所用金属基体、气孔率和气孔结构，并受制备工艺的影响。通常，多孔金属的力学性能随气孔率的增加而降低，其导电性、导热性也相应呈指数关系降低。当多孔金属承受压力时，由于气孔塌陷导致的受力面积增加和材料应变硬化效应，使得多孔金属材料具有优异的冲击能量吸收特性。

目前，常用的多孔金属材料制备工艺主要分为四种方法：液态金属直接成型、粉末冶金、金属气相沉积、电化学沉积。液态金属直接成型是利用气体或其他有机物在液态金属中填充一定空间（有机物会在加热的过程中挥发消失），当温度降低后，形成多孔金属材料。粉末冶金是将金属粉末与有机物颗粒混合后加热，加热后金属颗粒由于部分熔化而相互连接，有机物则会从烧结结构中熔化挥发出来，最终形成多孔材料。金属气相沉积是在真空环境下，金属蒸汽遮覆住有机物表面，形成一定厚度和密度的金属多孔材料。电化学沉积方法与气相沉积原理类似，是通过电化学方式，将离子态金属沉积于有机物前驱体表面。沉积后，通过后续处理方法，将前驱体在复合材料中去除。然而，以上方法均需要真空环境或气体环境保护，工艺复杂。