一种多孔铝合金的激光增材制造方法与流程

本发明涉及激光增材制造技术领域，特别是一种多孔铝合金的激光增材制造方法。

背景技术：

激光增材制造技术是一种典型的快速成形技术，主要利用高能激光束熔化金属粉末，逐层堆积，直接成形高性能复杂金属零部件。多孔金属一般具有质轻、比表面积大、孔隙率较高且可控等特点，多孔金属材料一般具有结构材料和功能材料的优异性能，故其应用范围很广。

当前制造多孔材料多采用发泡技术生产制造，如泡沫铝。发泡金属是在熔融金属中加入增粘剂和发泡剂，搅拌后采用渗硫铸造等方法制造泡沫铝。采用发泡方式生产的泡沫金属材料孔隙率高，生产效率高，但产品的孔径分布，孔隙形状无法精确控制，只能总体控制在一个大概率范围，无法精确控制，导致多孔铝合金组织结构不致密、硬度较小、压缩性能不够的现状。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种多孔铝合金的激光增材制造方法，旨在解决现有的制造方法无法精确控制多孔铝合金的孔隙率，导致制造出的铝合金金属性能不高的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多孔铝合金的激光增材制造方法，包括以下步骤：

s1：在基板上均匀铺设第一层合金粉末；

s2：激光器聚焦第一层合金粉末进行扫描，形成若干第一线形轨迹，在扫描的同时吹气装置向合金粉末熔化处吹保护性气体；其中，若干第一线形轨迹平行间隔设置；

s3：完成第一层合金粉末的扫描后，在第一层合金粉末上均匀铺设第二层合金粉末；

s4：激光器聚焦第二层合金粉末进行扫描，形成若干第二线形轨迹，在扫描的同时吹气装置向合金粉末熔化处吹保护性气体；其中，若干第二线形轨迹平行间隔设置，并与第一线形轨迹相互垂直形成若干孔隙；

s5：按照第n+1层合金粉末的第n+1线形轨迹垂直于第n层合金粉末的第n线形轨迹的原理逐层堆积，实现多孔铝合金的激光增材制造。

进一步地，所述第n+1层合金粉末的第n+1线形轨迹与第n-1层合金粉末的第n-1线形轨迹重合。

进一步地，每一层合金粉末的厚度为600-800um。

进一步地，所述合金粉末采用颗粒直径分布在60-100um的alsi12合金粉末。

进一步地，所述激光器为连续或脉冲激光器。

进一步地，所述吹气装置包括气嘴，所述气嘴从侧面对合金粉末熔化处进行吹气，所述气嘴与合金粉末之间的距离为4-6mm，吹出气流速度为7l/min-9l/min。

进一步地，所述气嘴吹出的保护性气体为氩气。

相对于现有技术，本发明提供的一种多孔铝合金的激光增材制造方法，按照第n+1层合金粉末的第n+1线形轨迹垂直于第n层合金粉末的第n线形轨迹的原理逐层堆积，实现多孔铝合金的激光增材制造。通过精确控制线形轨迹的间隔大小来控制形成孔隙的大小，进而控制铝合金的孔隙率，这样能够得到组织结构致密，硬度大，金属性能高的铝合金。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明提供的多孔铝合金的激光增材制造方法的示意图；

图2是第一线形轨迹的示意图；

图3是第一线形轨迹与第二线形轨迹的示意图；

图4是多孔铝合金内部组织结构放大示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1所示，本发明提供一种多孔铝合金的激光增材制造方法，通过精确控制线形轨迹的间隔大小来控制形成孔隙的大小，进而控制铝合金的孔隙率，这样能够得到组织结构致密，硬度大，金属性能高的铝合金。

该方法包括以下步骤：

s1：在基板10上均匀铺设第一层合金粉末；

s2：激光器20聚焦第一层合金粉末进行扫描，形成若干第一线形轨迹1，在扫描的同时吹气装置30向合金粉末熔化处吹保护性气体；其中，若干第一线形轨迹1平行间隔设置(如图2所示)。第一线形轨迹1的间隔距离可根据实际需要来设定，具体通过对激光器20的参数进行设置。

s3：完成第一层合金粉末的扫描后，在第一层合金粉末上均匀铺设第二层合金粉末；

s4：激光器20聚焦第二层合金粉末进行扫描，形成若干第二线形轨迹2，在扫描的同时吹气装置30向合金粉末熔化处吹保护性气体；其中，若干第二线形轨迹2平行间隔设置，并与第一线形轨迹1相互垂直形成若干孔隙3(如图3和4所示)；

s5：按照第n+1层合金粉末的第n+1线形轨迹垂直于第n层合金粉末的第n线形轨迹的原理逐层堆积，实现多孔铝合金的激光增材制造。通过精确控制线形轨迹的间距大小来控制形成孔隙的大小，进而控制铝合金的孔隙率，这样能够得到组织结构致密，硬度大，金属性能高的铝合金。

在本实施例中，第n+1层合金粉末的第n+1线形轨迹与第n-1层合金粉末的第n-1线形轨迹重合。这样整个铝合金的孔隙分布整齐，结构规律，有利于提高铝合金的金属性能。上述每一层合金粉末的厚度为600um-800um，如果合金粉末厚度太小，则增材效率低；如果合金粉末厚度太大，则激光熔化不完全，影响力学性能。

具体地，合金粉末采用颗粒直径分布在60-100um的alsi12合金粉末，该alsi12合金粉末由质量份数比为88:12的铝元素和硅元素组成，alsi俗称铝硅明，力学性能好。

进一步地，所述激光器20为连续或脉冲激光器，其中，脉冲激光器价格便宜，加工效率慢；连续激光器价格贵，加工效率高，可根据实际需要选择。

进一步地，吹气装置30包括气嘴31，气嘴31从侧面对合金粉末熔化处进行吹气，气嘴31与合金粉末之间的距离为4mm-6mm，吹出气流速度为7l/min-9l/min，气流速度和角度要严格控制，否则会将合金粉末吹走，影响加工效果。其中，气嘴31吹出的保护性气体为氩气，氩气为惰性气体，能够防止合金粉末熔化时被氧化。

在实际制造过程中，激光器20选择连续激光器，合金粉末采用颗粒直径分布在80um的alsi12合金粉末，每层合金粉末的厚度为700um，气嘴31与合金粉末之间的距离为5mm，从侧面吹出气流速度为8l/min的氩气，采用上述参数增材制造出的铝合金，内部致密、无气孔、无氧化金属性能高。其抗压强度约为150mpa，弹性模量约为3.2gpa，相比铸造法制备的多孔铝合金的抗压强度和弹性模量分别提升了约800％和190％。

综上所述，本发明提供的一种多孔铝合金的激光增材制造方法，通过精确控制第一线形轨迹1的间距和控制第二线形轨迹2的间距，实现孔隙3大小的控制，进而控制整个铝合金的孔隙率，控制铝合金的孔隙率就能控制铝合金内部的组织结构密度，最终提高铝合金的金属性能。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种多孔铝合金的激光增材制造方法，包括以下步骤：在基板上均匀铺设第一层合金粉末；激光器聚焦第一层合金粉末进行扫描，形成若干第一线形轨迹；若干第一线形轨迹平行间隔设置；在第一层合金粉末上均匀铺设第二层合金粉末；激光器聚焦第二层合金粉末进行扫描，形成若干第二线形轨迹；若干第二线形轨迹平行间隔设置，并与第一线形轨迹相互垂直形成若干孔隙；按照第N+1层合金粉末的第N+1线形轨迹垂直于第N层合金粉末的第N线形轨迹的原理逐层堆积，实现多孔铝合金的激光增材制造。通过精确控制线形轨迹的间隔大小来控制形成孔隙的大小，进而控制铝合金的孔隙率，这样能够得到组织结构致密，硬度大，金属性能高的铝合金。

技术研发人员：钱德宇;刘昊;徐作斌;高云峰
受保护的技术使用者：大族激光科技产业集团股份有限公司
技术研发日：2017.09.18
技术公布日：2018.02.27