[发明专利]一种金属基材功能件及其增材加工制备方法

说明书

本发明的一种金属基材功能件及其增材加工制备方法，通过设置铝合金层、铝铁合金层和铝陶瓷层，且铝铁合金层包括多个铝铁合金子层，且每个铝铁合金子层由铝合金层向铝陶瓷层的方向上，其每一层铁的含量逐层增加，使得铝合金端连续过度到铝铁合金层最后到铝陶瓷层，使得最终形成的金属基材功能件，既具备了铝合金的优良性能，如耐腐蚀、耐磨、导热性好及重量轻的特点外，也兼具陶瓷的良好的耐热、耐高温、高机械强度和高温抗氧化等性能，同时中间层由价格便宜的强韧性较高的铝铁合金组成，有效降低了其整体成本。

技术领域

本发明涉及复合材料及其加工技术领域，更具体地，涉及一种金属基材功能件及其增材加工制备方法。

背景技术

传统的复合材料由两种或多种不同性能的均匀材料结合起来，在工程中已有了广泛应用，但在界面结合处由于材料的物性参数的突变，在材料界面处容易产生很大应力，使材料在界面处变形开裂失效。例如，航天飞机在先进隔热材料方面，传统使用的金属和陶瓷的复合材料弥散强化陶瓷，由于两者热膨胀系数相差很大，界面处因热应力极易开裂剥离，不能适应航空航天等极端的温度变化环境对材料物理性能一致性的要求。

功能梯度材料由于通过逐渐地改变材料的体积含量，力学性能和热学参数随材料在结构中进行平滑而连续的变化，物理性能没有突变。这种将功能梯度材料作为界面层，可以提高材料间的粘结强度，不易引起脱层破坏、延缓发生塑性屈服。针对性地改变各组分材料的体积含量在空间上的分布规律，调整材料的性能梯度参数，优化并设计新型结构，以满足极端环境对材料功能的多样性和性能的稳定性，因此功能材料的开发具有宽阔的应用前景和意义。

目前，功能材料的制备方法有等离子喷涂、自蔓延高温合成法、气相沉积法、粉末冶金法、激光溶覆法、离心铸造法、压渗法等制备方法。但这些制备梯度材料方法都不同程度的存在这样或那样的不足，如孔隙率较高，层间的结合力较差，强度较低，能耗高效率低，梯度材料尺寸较小以及材料中或多或少地存在有界面，组分不能连续光滑分布等缺点。

而近年来，随着材料和结构轻量化及功能化已成为现代结构设计的共识和主流趋势，以铝合金为代表的轻金属材料在先进制造领域的应用日益广泛。

因此，急需发明一种层间的结合力较好，强度较高，能耗低效率高，梯度材料尺寸较大以及组分可连续光滑分布的金属基材功能件及其加工方法。

发明内容

本发明提供一种金属基材功能件及其增材加工制备方法，以解决上述的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种金属基材功能件，包括铝合金层、铝铁合金层和铝陶瓷层，所述铝陶瓷层涂覆在所述铝铁合金层上，且所述铝铁合金层涂覆在所述铝合金层上；所述铝铁合金层包括多个铝铁合金子层，且每个所述铝铁合金子层由所述铝合金层向所述铝陶瓷层的方向上，其每一层铁的含量逐层增加。

在上述方案基础上优选，所述铝陶瓷层包括多个铝陶瓷子层，所述铝陶瓷层包括铝和氧化铝，且沿着背离所述铝铁合金层方向上的，每个所述铝陶瓷子层的铝的含量逐层降低，每个所述铝陶瓷子层的氧化铝的的含量逐层增加。

在上述方案基础上优选，所述铝陶瓷子层包括第一铝陶瓷层、第二铝陶瓷层和第三铝陶瓷层，以质量百分比计：所述第一铝陶瓷层的成分包括75％的铝和25％的氧化铝，所述第二铝陶瓷层的成分包括50％的铝和50％的氧化铝，所述第三铝陶瓷层的成分包括25％的铝和75％的氧化铝。

在上述方案基础上优选，所述铝铁合金子层包括第一铝铁层、第二铝铁层和第三铝铁层，以质量百分比计：所述第一铝铁层的成分包括75％的Al和25％的Fe；所述第二铝铁层包括50％的Al和50％的Fe，所述第三铝铁层25％的Al和75％的Fe。

在上述方案基础上优选，所述铝合金层至少为一层，且每一层的所述铝合金层的厚度为0.1-1mm。

在上述方案基础上优选，所述铝铁合金子层和所述铝陶瓷子层分别由多个子层所构成。