[发明专利]一种镁合金定向凝固晶或单晶的增材制造方法

说明书

本发明公开了一种镁合金定向凝固晶或单晶的增材制造方法，该方法采用电子束熔丝增材制造技术，包括：金属基板，设置在电子束熔丝增材制造设备真空工作腔内，所述金属基板上固定有镁合金单晶籽晶，所述镁合金单晶籽晶与熔化后所述镁合金丝材结合形成镁合金定向凝固晶或单晶。本发明可大幅度缩短镁合金定向凝固晶或单晶的制造周期，降低生产成本、提高材料利用率；同时，有效解决了镁合金易燃易爆的问题。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种镁合金定向凝固晶或单晶的增材制造方法。

背景技术

镁合金因其密度低、比强度高、课生物降解等优点，逐渐发展成当代重要的轻质结构材料，在汽车、航空航天、生物医疗等领域具有重要的应用价值。但由于大多数镁合金在室温下属于密排六方(HCP)结构，室温下塑性变形局限于{0002}11-20基面滑移及{10-12}10-11孪生，导致其塑性变形能力较差，利用镁合金定向凝固晶或单晶开展变形行为研究对于揭示其变形机制，进而改善其加工性能具有重要价值。

目前，针对镁合金定向凝固晶或单晶的制备方法大多以铸造的方式，其存在周期长、需要制作模壳以及存在模壳污染的问题。而作为一种快速制造技术，增材制造技术在制备镁合金定向凝固晶或单晶的领域却鲜有提及。镁合金增材制造相关研究主要针对选择性激光熔化(SLM)技术，而镁合金对激光具有较高的反射性，导致使用激光作为热源的增材制造方式能量利用率低，并且由于镁合金粉末的制备成本较高、易燃易爆等缺点，导致使用SLM技术制备镁合金较为困难。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可以快速自由成形具有定向生长的柱状晶或单晶组织特征的镁合金，同时，避免镁合金在增材制造过程中可能发生的燃烧现象的镁合金定向凝固晶或单晶的增材制造方法。

一种镁合金定向凝固晶或单晶的增材制造方法，其包括以下步骤：

S1、设计镁合金定向凝固晶或单晶的三维实体模型；

S2、将所述镁合金定向凝固晶或单晶的三维实体模型进行切片后，导入电子束熔丝增材制造设备的控制系统中；

S3、准备镁合金丝材、镁合金单晶籽晶和镁合金基板，

S4、将镁合金单晶籽晶固定在镁合金基板上，镁合金基板设置在真空工作腔内；

S5、设置增材制造的工艺参数；

S6、调整电子束发射单元中电子束流的焦点位置，确保镁合金单晶籽晶上半部分熔化，并与所述镁合金丝材结合形成镁合金定向凝固晶；

S7、完成镁合金定向凝固晶或单晶的制造，在此过程中，循环水冷单元中冷却液对镁合金基板进行降温。

在其中一个实施例中，所述步骤S7之后还包括步骤：

S8、将镁合金定向凝固晶或单晶进行切割，得到镁合金单晶大籽晶；

S9、所述镁合金单晶大籽晶作为籽晶，按照实际形状需求排列，并焊接在所述镁合金基板上，重新设计实体模型，重复步骤S5-S7，完成大尺寸所述镁合金定向凝固晶或单晶的增材制造。

在其中一个实施例中，所述步骤S5中，所述增材制造的工艺参数包括：包括电子束功率、送丝速率、基板移动速率、打印层厚、层间停留时间。

在其中一个实施例中，所述步骤S7中，镁合金定向凝固晶或单晶的制造步骤包括：

对真空工作腔进行抽真空，开启电子束熔丝增材制造设备以及循环水冷单元，将镁合金丝材送入至电子束流的焦点，所述镁合金单晶籽晶上半部分及所述镁合金丝材熔化并结合，熔化后的所述镁合金丝材在所述镁合金单晶籽晶上通过外延生长的方式定向凝固生长，同时，所述电子束熔丝增材制造设备按照预定形状将所述镁合金丝材逐层堆积，完成所述镁合金定向凝固晶或单晶的制造。