[发明专利]一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法

说明书

本发明公开了一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，包括以下步骤：一、对难相容异质金属A‑B复杂构件进行结构分析，得到A’‑B’材料过渡区结构；二、分别加工过渡区结构中的A’材料、B’材料结构；三、将A’材料、B’材料结构连接，得到A’‑B’材料过渡区结构；四、在过渡区结构A’材料一侧增材制造A材料结构；五、在过渡区结构B’材料一侧增材制造B材料结构，得到难相容A‑B异质金属材料构件。本发明将高能束金属增材制造技术与金属特种连接技术结合，提出用特种连接技术制备过渡区结构，再利用增材制造技术在过渡区结构两侧分别成形不同金属材料，得到难相容异质金属材料构件，实现构件轻量化、功能一体化制造。

技术领域

本发明属于材料加工工程技术领域，具体涉及一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法。

背景技术

高能束增材制造方法采用激光、电弧、等离子弧和电子束等作为热源，将金属粉材/丝材熔化逐层沉积成形出所要求的几何结构的高性能金属零件，具有柔性化、个性化、结构任意、短周期等制造特征。同时，该方法也是一种低能耗、可持续的绿色环保制造方法。特别地是，增材制造方法由于不受零件几何结构的限制，极大地促进了创新设计，为各行各业发展赋能。

异质金属材料构件是两种或多种材料复合且成分随结构变化的一种新型复合材料，异质金属材料构件综合利用不同材料的性能优势，将具有不同特性的材料组合在一起使用，可以满足结构轻型化、结构功能一体化和低成本设计与制造的发展要求。

将金属增材制造方法应用于异质金属材料构件的制备，不仅可以大幅提高梯度功能构件的成形效率，同时对于异质金属材料构件的结构设计也更加灵活，复杂结构的异质金属材料成形成为可能。对于相容材料的异质金属材料结构件的增材制造成形已经取得良好的应用，而对于一些相容性差的金属材料体系(如Al-Cu系、Al-Ti系等)却难以实现复杂构件的一体化制。对于难相容金属材料体系，一方面由于在激光等高能束热源作用下，金属材料经历熔化并凝固过程中往往形成大量Al₂Cu、AlTi等脆性相，这些脆性相容易导致异质材料过渡区产生裂纹等缺陷；另一方面，在由于难相容金属材料之间热物性参数差异较大，在增材制造过程中，不同材料之间过渡区会形成较大的热应力，容易导致材料开裂，进而造成异质金属材料构件一体化成形困难。爆炸焊、钎焊、扩散焊等特种焊接方法能够实现难相容异质金属材料的连接。然而这些特种焊接方法工艺条件通产较为苛刻，异质金属材料构件的尺寸、形状复杂度受到很大的限制。结合增材制造方法与特种焊接，利用特种焊接实现小尺寸、低复杂度的过渡区结构连接，再利用增材制造方法在异质金属材料复合基材上实现大尺寸、高复杂度的异质金属材料构件成形，并在成形过程中对特种焊接界面加以保护和控制，将实现难相容异质金属材料构件的一体化制造，推动航天航空等领域复杂构件的轻量化、功能一体化制造。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法。该方法将高能束金属增材制造方法与异质金属连接结合，提出用特种连接技术制备过渡区结构，再利用增材制造技术在两侧分别成形不同材料结构，最终得到难相容异质金属材料复杂构件，实现构件轻量化、功能一体化制造。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对难相容异质金属材料复杂构件进行三维建模与结构分析，确定异质金属之间的连接界面，得到异质金属构件的过渡区结构；所述难相容异质金属材料复杂构件包括两种不同金属材料，所述两种不同的金属材料分别为A材料和B材料；

步骤二、根据步骤一中得到的过渡区结构对A’材料和B’材料进行制备加工，得到过渡区结构中的A’材料结构和B’材料结构；所述A’材料与A材料相同或A’材料与A材料为相容性良好的材料，所述B’材料与B材料相同或B’材料与B材料为相容性良好的材料；

步骤三、将步骤二中得到的A’材料结构和B’材料结构进行连接，得到A’-B’材料过渡区结构；