[发明专利]一种高强韧金属材料的激光半固态加工制备方法及高强韧金属材料及其应用在审

专利信息
申请号: 202010152974.7 申请日: 2020-03-06
公开(公告)号: CN111471991A 公开(公告)日: 2020-07-31
发明(设计)人: 康利梅 申请(专利权)人: 广州铁路职业技术学院(广州铁路机械学校)
主分类号: C23C24/10 分类号: C23C24/10;C21D10/00
代理公司: 广州粤高专利商标代理有限公司 44102 代理人: 王晓玲
地址: 510430 广东省*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 强韧 金属材料 激光 固态 加工 制备 方法 及其 应用
【说明书】:

发明属于金属材料技术领域,更具体地,涉及一种高强韧金属材料的激光半固态加工制备方法及高强韧金属材料及其应用。制备方法包括:1.通过第一束连续激光逐层热熔覆3D成形金属件,并实时获取熔覆层的温度;2.当熔覆层的温度降至初生固相形成的半固态区内时,通过第二束短脉冲激光冲击波效应对半固态的熔覆层进行力学干扰;3.如此循环逐层作用所述熔覆层后自然冷却,直至3D成形双尺度/多尺度复合结构金属构件。本发明获得具有纳米晶、超细晶、细晶的双尺度/多尺度结构等新型复合化微观结构、综合性能优异的金属材料,可广泛用于高速铁路、航天航空、军工、仪器仪表等领域中,实现金属件宏观变形与开裂问题的有效控制。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域,更具体地,涉及一种高强韧金属材料的激光半固态加工制备方法及高强韧金属材料及其应用。

背景技术

作为一种新型的材料制备与处理技术,激光技术凭借其本身特有的单一波长、抗干扰能力强、传播性好、集光性好、高压、高温、高速率和高能量等特点,已由一种特殊用途的加工技术发展成为较为通用的、具有多种用途的加工技术。其中,基于激光热效应、激光冲击波力学效应的3D打印、冲击强化等易于实现自动化的激光制备及表面强化技术应用尤为广泛。

基于激光热效应的3D打印技术具有成形结构复杂、成形精度高等特点,是当前复杂精密金属构件一次性整体成形最具前景的应用技术之一。然而,因其成形过程属于粉末熔化-冷却并自由凝固的行为,致使3D成形件内部往往存在“组织单一”、“质量缺陷”、“各向异性”、“热应力”等共性基础问题,使金属构件并不能全部达到高端结构件对机械性能严格的要求,而繁琐的后处理工艺虽可调控其组织结构并消除内应力及缺陷,但费工费时将使成本大幅增加。

近些年来,纳米晶(<100nm)、超细晶(100nm-1μm)或微米晶(>1μm)等多种尺度晶粒共存的双/多尺度结构的研究备受关注,该类材料可集细晶的高强与微米晶的高韧于一体。基于铸造技术的半固态加工被广泛用于双尺度/多尺度复合化结构的制备,即在金属材料的凝固过程施以强烈力作用将枝晶初生相打碎,获得非枝晶初生固相悬浮于液态母液的混合浆料,使固液相呈现不同的生长模式,进而实现其结构的双尺度化、细晶化、等轴晶化、多尺度化、结构复合化。然而,因半固态浆料制备工序比较复杂,使其难以在钛合金、镍合金等高熔点金属材料得以应用。

有鉴于此,如果能结合传统半固态加工原理,基于激光热-力学耦合作用的新型半固态成形技术,实现双尺度/多尺度复合化结构金属构件的增材制造,成功制得可适应工程应用需求的梯度结构材料,并消除金属件内部缺陷和热应力等,使其达到真正意义上的高强、高韧,是本领域技术人员亟待实现的目标。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的缺陷,提供一种高强韧金属材料的激光半固态加工制备方法,该方法可制备成形出较大尺寸、形状复杂、微观组织包含纳米晶、超细晶、细晶的双尺度、多尺度、梯度结构的高强韧金属材料及其零件,克服传统半固态加工技术难以制备半固态浆料、难以获得纳米晶、超细晶、细晶、双尺度或多尺度结构,增材制造技术难以获得高致密、无质量缺陷、无残余应力、多尺度结构块体材料等问题。

本发明的另一个目的在于提供上述方法制备的高强韧金属材料。

本发明的再一个目的在于提供上述高强韧金属材料在高速铁路、航空航天、军工、仪器仪表领域中的应用。

为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种高强韧金属材料的激光半固态加工制备方法,包括以下步骤:

S1.连续激光热熔覆金属粉末;

通过第一束连续激光对金属粉末进行热熔化并形成熔覆层,同时获取熔覆层的温度;

S2.脉冲激光冲击力作用半固态熔覆层;

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