[发明专利]一种双梯度金属多孔材料及其制备方法

说明书

本发明属于梯度金属多孔材料制备领域，其公开了一种双梯度金属多孔材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：(1)构建双梯度金属多孔材料的三维结构模型；(2)分析三维结构模型以得到三维结构模型的应力分布图；(3)选取不同成分的金属粉末，并将金属粉末分别装入激光选区熔化设备的第一送粉筒及第二送粉筒内；(4)设定成形基板的预热温度及成形工艺参数；(5)将第一送粉筒内的金属粉末送至成形基板，并开始激光选区熔化成形；(6)当即将成形的区域需要不同金属材料粉末时，将第二送粉筒内的金属粉末送至成形区域；(7)重复步骤(5)及(6)，直至完成双梯度金属多孔材料的成形。本发明降低了成本，提高了成形效率及灵活性。

技术领域

本发明属于梯度金属多孔材料制备相关技术领域，更具体地，涉及一种双梯度金属多孔材料及其制备方法。

背景技术

金属多孔(泡沫金属)材料是一类具有明显孔隙特征的金属功能材料，其由刚性骨架和内部的孔洞组成，具有优异的物理特性和良好的机械性能。特别地，由于孔隙的存在，具有分离过滤、流体渗透与分布控制、液态化、高效燃烧、强化传质传热、阻燃防爆等功能。正因为金属多孔材料具有结构材料和功能材料的特点，已经被广泛地应用在航空航天、交通运输、建筑工程、机械工程、电化学工程、环境保护工程等领域，是国民经济发展必不可少的关键材料之一。

随着现代工业的快速发展，对金属多孔材料性能的要求越来越高，比如应用较多的过滤分离领域，要求材料的孔径越来越小，过滤精度越来越高，透过率越来越大。由此，梯度金属多孔材料便应运而生，即金属多孔材料的内部孔径在某一方向上呈梯度变化，其是由多个不同孔径层组成的复合体，且其孔径及孔隙率随材料厚度的变化而变化，使得透过性能和过滤精度优于传统的金属多孔材料。梯度金属多孔材料在过滤领域的应用较为广泛，如高温烟气除尘、食品行业、医用生物和燃料电池领域。

目前，梯度金属多孔材料的制备技术主要包括喷涂或者离心喷涂技术、有机泡沫浸渍技术、离心沉积技术、溶胶凝胶法及粉末注射成型技术。梯度金属多孔材料应用越来越广泛，要求也越来越高，上述梯度金属多孔材料制备方法均存在自身的缺陷，例如孔径不好控制，孔隙分布不均匀，工艺复杂，设备成本高昂，最大的缺点是较难或者无法制备具有复杂孔隙结构、不同功能的双梯度金属多孔材料。相应地，本领域存在着发展一种能够制造双梯度金属多孔材料的制备方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双梯度金属多孔材料及其制备方法，其基于现有梯度金属多孔材料的制备特点，研究及设计了一种双梯度金属多孔材料及其制备方法。所述制备方法引入了激光选区熔化技术，简化了工艺流程，缩短了工艺周期，节约制造成本，且制备出同时具有梯度结构及梯度成分的双梯度金属多孔材料，为工业发展需求提供有效的解决方案。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种双梯度金属多孔材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)构建具有复杂孔隙结构的双梯度金属多孔材料的三维结构模型；接着，将所述三维结构模型进行离散并生成STL文件，同时对所述STL文件进行修复及切片；

(2)采用仿真软件分析所述三维结构模型的受力以得到所述三维结构模型不同区域的应力分布图；

(3)根据所述双梯度金属多孔材料的材料成分及所述应力分布图来选取制备所述双梯度金属多孔材料所需的不同成分的金属粉末，并将选取的金属粉末分别装入激光选区熔化设备的第一送粉筒及第二送粉筒内；

(4)设定所述激光选区熔化设备的成形基板的预热温度及所述激光选区熔化设备的成形工艺参数；

(5)所述激光选区熔化设备将所述第一送粉筒内的金属粉末送至所述成形基板，并开始激光选区熔化成形；