[发明专利]适用激光选区熔化技术制备异质多材料构件的界面微结构

说明书

本发明公开了一种适用于激光选区熔化技术制备异质多材料构件的界面微结构，属于先进制造领域，本发明可以实现不同材料的有效连接，能够抵抗不同材料在界面处产生的过高残余应力而不产生开裂、裂纹等缺陷。结构包括如下参数：梯形的高h，梯形的底角α，相邻梯形之间的间距d。h的取值范围为1～3倍的铺粉层厚，底角α的取值范围为30°～90°，梯形上底边长a的取值范围为50～200μm，相邻两梯形间距d的取值范围为130～700μm。通过界面表面结构的设计，可以起到抵抗材料变形的作用，从而抑制多材料在界面处的开裂，实现不同金属材料在界面处的有效连接。

技术领域

本发明属于先进制造领域，更具体地，涉及一种适用于激光选区熔化技术制备异质多材料构件的界面微结构。

背景技术

增材制造是上世纪80年代出现的一种先进制造理念。该技术在理论上可以实现任意复杂结构的制造，并且随着近年来软件控制技术和激光技术的迅速发展，增材制造的形式越来越多样，成为近年来制造领域的研究热点之一。激光选区熔化技术是增材制造技术的一种，其是一种从三维数据模型概念到三维实体制造一体化的高新技术，以分层-逐层累积造成形思想为基础，综合利用了激光、精密传动、软件控制及数据建模等技术，通过30～80μm的精细激光聚焦光斑，逐线搭接扫描新铺粉层上的选定区域，完成单层的选区熔化后，工作台下降一个层厚的高度并铺上一层新粉，进行新铺粉层的选区熔化制造。激光束具有的极高能量可以在极短时间内将粉末熔化，和已经凝固部分实现牢固的冶金连接。通过逐层的制造与堆积，可以获得几乎任意复杂形状的金属构件，致密度也接近100％。同时，由于在激光选区熔化制造过程中熔池的冷却速率很快，高达10⁶K/s，金属原子和合金元素的扩散移动受限，抑制了合金晶粒的长大和合金元素的偏析。凝固后的金属组织晶粒细小，合金元素分布均匀，从而能够大幅提高材料的强度和韧性。

不论是在生活还是在工业制造领域，所见各种装备都是由多种不同材料组合而成，尤其是对于飞机、汽车这种高度精密的装备，需要成千上万材质不同的零件精密配合，才能实现设备的正常运转。然而，材料和零件过多会使设备的复杂程度大大提高，产生大量的连接，连接过多不仅会降低机械的传动效率，还会增大检修的工作量。而且同一零件的不同部位所处力场、温度场及其他环境都不尽相同。如果能够去除过多的连接直接将不同的零件制造在一起，并且根据实际需要在不同部位采用不同的材料和结构，实现多材料的制造，不仅可以降低因连接失效而造成的风险，还可以实现设备的轻量化，减少能耗。

激光选区熔化技术由于采用分层制造的方法，在成形多材料构件方面具有天然的优势。目前激光选区熔化技术制造多材料构件的关键问题在于多材料的界面连接强度低。由于不同材料的结构和热物性参数不同，直接使用激光选区熔化技术将多种金属材料制造在一起往往会使不同材料界面处存在巨大的残余应力，造成界面处的分层与开裂，导致构件的失效，严重影响多材料构件的性能。目前尚未出现很好的解决办法，如何实现不同材料的有效连接成为目前亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种适用于激光选区熔化技术制备异质多材料构件的界面微结构，由此解决现有激光选区熔化技术在将多种金属材料制造在一起时，由于不同材料界面处存在巨大的残余应力，从而导致构件的失效，严重影响多材料构件性能的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于激光选区熔化技术制备异质多材料构件的界面微结构，包括：所述界面微结构为等腰梯形经拉伸之后的棱柱结构。

优选地，所述界面微结构包括如下参数：等腰梯形的高h，等腰梯形的底角α，等腰梯形的上底边长a，相邻两梯形结构的间距d。

优选地，所述等腰梯形高h的取值范围为铺粉层厚的整数倍。

优选地，倍数取值为1、2或3。

优选地，所述等腰梯形的底角α的取值范围为30°～90°。