[发明专利]增材制造金属冷却方法

说明书

本发明公开了一种增材制造金属冷却方法，包括冷却装置，所述冷却装置通过以下步骤在增材制造过程中实现冷却：S1：增材制造：采用激光熔覆设备或电弧增材设备在基板上进行增材制造；S2：在线冷却：冷却装置设置于热源后方并跟随在热源后方对烧结的熔覆层及熔覆层下方的热影响区实时冷却。本发明冷却装置紧跟在热源后方，可以增加熔覆层的冷却速度并且减少热影响区的深度；通过在线冷却的方式提高固溶线附近的冷却速度，实现材料的超饱和固溶，后续只需时效处理，就可以较大幅度提高材料的强度，对于不可以热处理强化的材料通过该方法也可以细化晶粒，优化性能。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种增材制造金属冷却方法。

背景技术

增材制造方法不同于传统的等材或减材制造技术，它可以直接成形复杂的结构件，且成形过程中无需模具，其生产效率不受工件复杂度的影响，因此适合小批量复杂零部件的生产。对于2系铝铜、6系铝镁硅合金、7系铝锌、不锈钢及部分钛合金等金属材料的增材制造，相应的零件需要经过固溶热处理或固溶热处理加时效强化热处理后，才满足相应的性能需求。而增材制造的零件在这个过程中，特别是在固溶热处理过程中，因为固溶热处理时温度高、冷速较快，会导致零件变形，影响零件的精度，且因为变形的不可预测性，增材制造试样时需预留的加工余量也不好控制，造成了材料的浪费，成品合格率的下降等；特别是对于激光熔覆和电弧增材制造制备的大型结构件来说，很难找到合适的热处理装置，且热处理的成本会很高。

增材制造过程是逐层打印，不同于传统的减材或等材制造，这就为控制冷却速度提供了可能性，如果我们可以使每一层都达到或接近其固溶热处理时的冷却速度，直接实现沉积态就是超饱和固溶状态，那么上述的难题就得到了解决，而且由于没有固溶热处理时高温长时间保温的过程，晶粒细小，进而优化了性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种增材制造金属冷却方法，以解决增材制造的金属零部件在进行固溶强化或固溶加时效强化热处理过程中的变形问题。

本发明的增材制造金属冷却方法，包括冷却装置，所述冷却装置通过以下步骤在增材制造过程中实现冷却：

S1：增材制造：采用激光熔覆设备或电弧增材设备在基板上进行增材制造；

S2：在线冷却：冷却装置设置于热源后方并跟随在热源后对熔覆层及熔覆层下方的热影响区实时冷却。

进一步，所述冷却装置包括由多个依次排列并首位相连的U形管构成，各个U形管的内腔形成U形冷却通道，所述熔覆层位于冷却通道内。

进一步，步骤S1中，基板与增材制造原料相同。

进一步，所述冷却装置开口向下罩在熔覆层上使得冷却装置闭合端与最上层熔覆层近似平行。

进一步，还包括设置于增材设备上用于对热源后侧熔覆层进行温度检测的温度检测装置。

进一步，所述U形管闭合端可伸缩。

进一步，所述冷却装置和温度检测装置以可转动的方式安装于激光熔覆设备上的送粉装置或者电弧增材设备的焊枪上。

进一步，步骤S1中，增材制造前，用丙酮和酒精清洗基板。

进一步，所述冷却装置还以高度可调的方式安装于送粉装置或者焊枪上。

本发明的有益效果：