[发明专利]一种3D打印热轧复合制备功能涂层的方法

说明书

本发明公开了一种3D打印热轧复合制备功能涂层的方法，采用增材制造技术，将两种材质不同的合金粉末打印成异质合金复合板材；将该板材加热至开轧温度，在此开轧温度下，快速对异质合金复合板材依次进行多道次粗轧以及多道次精轧，粗轧时每道次压缩率为30％～50％，精轧总压缩率为20％～50％，以达到破碎晶粒、再结晶和扩大板材尺寸的目的，确保在终轧温度时进行最后一道次的精轧作为终轧。本发明结合增材制造和热轧的方式实现了在基板上制备出功能涂层，改善了复合板材的微观组织，同时减小复合板上层的厚度，形成功能涂层。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体而言涉及一种3D打印热轧复合制备功能涂层的方法。

背景技术

金属材料涂覆技术可以发挥组元材料各自的优势，实现各组元材料资源的最优配置，节约贵重金属材料，实现单一金属不能满足的性能要求，以压力容器用不锈钢-钢复合板为例，基层用一般的碳钢(Q245R，Q345R等)有很好的机械性能，涂层用不锈钢(304，316L等)有很好的耐腐蚀性能，只需要几毫米的高价不锈钢，大量节约了成本，并且几乎不改变基材的各种机械性能。除此之外，还有钢(如316)与钛(如TC4)、钢(如304)与高温合金(如IN625)、钛(如TB5)与高温合金(如IN718)等基材与功能材料层的复合制造。

传统的异质金属复合板材制备方法主要有：爆炸复合、爆炸轧制复合、轧制复合、烧结复合法、铸轧复合法、反向凝固法和电磁连铸法等。然而以上几种方法中：爆炸法具有噪声大、产率低、场地限制等不足；直接轧制具有工序复杂、加工周期长、接合界面氧化等不足；烧结复合法具有孔隙率大、工序复杂、能耗大、适用范围窄等缺点；铸轧复合法存在易产生氧化层和熔损等问题；反向凝固法具有操作难度大、成材率低且尺寸精度差等问题；电磁连铸法尚处于研究阶段。

常用的功能涂层制备方法主要有：等离子体喷涂、化学气相沉积、物理气相沉积、物理-化学气相沉积组合技术等。这些方法所制备的涂层均存在一些致命的缺陷：功能层与基体的结合强度不够、功能层的力学性能较差等，无法满足相对苛刻的服役条件。

采用3D打印可以轻易地利用元素扩散以及冶金结合的方式直接将基层金属和功能层金属复合在一起。然而，3D打印制品属于熔铸金属，存在晶粒粗大、冶金缺陷等问题，其强度、塑性等力学性能相对较差。如果再配合恰当地热轧以及热处理工艺，可以轻松获得具有高性能功能涂层的复合材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种3D打印热轧复合制备功能涂层的方法，旨在通过3D打印+轧制的方式，生产具有优异性能的功能涂层复合板材。

为达成上述目的，本发明提出一种3D打印热轧复合制备功能涂层的方法，首先用金属3D打印机制备双层的异质合金功能复合板材，其中下层为较厚的基层，上层为较薄的涂层。然后采用多道次热轧的方式来达到细化晶粒、调控微观组织以及优化板材力学性能的目的。

具体包括下述步骤：

步骤1、采用增材制造技术，将两种材质不同的合金粉末A和合金粉末B打印成异质合金复合板材，其中，合金粉末A和合金粉末B的选取需满足合金粉末A的轧制温度范围T_A和合金粉末B的轧制温度范围T_B之间具有交集，设该交集为T_A∩T_B；

步骤2、确认异质合金复合板材的轧制温度，其中，轧制温度T＝T_A∩T_B，开轧温度T_k选择轧制温度T的上限值T_上±3℃即T_A∩T_B的上限值±3℃，终轧温度T_z选择轧制温度T下限值T_下+5～10℃即T_A∩T_B的下限值+5～10℃；