[发明专利]3D打印不锈钢工件表面的PVA基复合膜层及制备方法

说明书

本发明涉及一种3D打印不锈钢工件表面的PVA基复合膜层及制备工艺，所述复合膜层包括底层和表层，所述底层为PVA凝胶底层，所述表层为同时具有第一凹坑形状织构和成分织构的PVA凝胶表层，所述第一凹坑形状织构和所述成分织构交替均匀分布，所述成分织构中包含减摩微粒和耐磨微粒。本发明的技术方案在3D打印不锈钢工件表面制备PVA基复合膜层，通过结合增材制造理念，在金属表面制作PVA基复合膜层，相较传统减材制造，很大程度上简化了生产复杂零件的流程，形成的PVA基复合膜层织构表面稳定性显著提高，有望为3D打印不锈钢工件提供一种高效的表面增材改性技术。

技术领域

本发明属于3D打印金属表面处理技术领域，具体涉及3D打印不锈钢工件表面的PVA基复合膜层及制备方法。

背景技术

作为近年来非常具有发展前景的增材制造技术，金属3D打印技术在一些精细行业领域和关键产品中的应用越来越多。而3D打印金属材料的表面性能成为直接关系其应用的关键所在。表面工程技术是改善传统工艺加工材料表面性能的有效手段，对于3D打印材料的表面处理研究还较少。

目前，3D打印金属工件表面处理大多遵循减材制造理念，工艺耗时长且受限于表面结构变化和不规则外形等限制，所得工件表面加工难度较大。由于3D加工成型的尺寸精度和外形精度较高，因此由于成型精度对表面处理的变形有着很大的限制，使得涉及高温处理的渗镀表面处理和需要进行表面打磨预处理的涂层处理的应用均受到很大的限制，严重影响3D打印金属工件的表面性能和应用范围。

因此，如何提供一种不受3D打印不锈钢工件表面粗糙度影响，不需要打磨预处理，就可以改善3D打印不锈钢工件表面性能的表面膜层和处理方法，将对3D打印金属工件的应用产生重要的影响。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供3D打印不锈钢工件表面的PVA基复合膜层及制备方法，通过增材制造的方法，能够在提高材料与金属表面结合能力的同时，延长工件的使用寿命。

本发明的3D打印不锈钢工件表面的PVA基复合膜层，主要技术方案如下：

所述复合膜层包括底层和表层，所述底层为PVA凝胶底层，所述表层为同时具有第一凹坑形状织构和成分织构的PVA凝胶表层，所述第一凹坑形状织构和所述成分织构交替均匀分布，所述成分织构中包含减摩微粒和耐磨微粒。

所述3D打印不锈钢表面，除所述凹坑形状织构和所述成分织构区域以外，所述PVA基复合膜层的表面粗糙度不超过1微米。

所述3D打印不锈钢基体表面被所述PVA基复合膜层完全覆盖。

所述凹坑形状织构的深度不超过10微米。

所述成分织构区域与所述复合膜层不包含所述凹坑形状织构区域的表面齐平。

作为另一种替代技术方案，所述成分织构区域的高度低于所述复合膜层不包含所述凹坑形状织构区域的表面。

所述成分织构中的耐磨微粒位于所述减摩微粒的外部。

一种3D打印不锈钢工件表面的PVA基复合膜层的制备方法，包括以下步骤：

（1）3D打印不锈钢工件的制备：采用金属3D打印机制备3D打印不锈钢工件；

（2）不锈钢工件表面直接制备PVA凝胶底层：配置PVA凝胶，并在上一步骤中获得的不锈钢工件表面直接制备PVA凝胶底层，控制PVA凝胶底层的平均高度不超过所述不锈钢工件表面的最高轮廓峰位为准；

（3）PVA凝胶表层凹坑形状织构的制备：在上一步骤获得的PVA凝胶底层由流体状转变为半固体状时，再次铺放表层PVA凝胶，控制PVA凝胶表层的表面不低于所述不锈钢工件表面的最高轮廓峰位为准；在表层PVA凝胶由流体状转变为半固体状时，采用光滑压头机械压入表层PVA凝胶表面并保压至PVA凝胶完全凝固的方法，获得均匀分布的第一凹坑形状织构和第二凹坑形状织构；