一种可自适应调整三维架构的复合金属制备方法与流程

文档序号:41543255发布日期:2025-04-07 23:24阅读:7来源:国知局

本发明是一种可自适应调整三维架构的复合金属制备方法,属于热加工。


背景技术:

1、gh4169合金因其稳定的综合性能在航空航天领域广泛应用,包括涡轮盘、叶片、机匣等,此外,在航空发动机冷却燃油管道中也有较大应用潜力,近些年,为了实现发动机及整机的高效运行,构件轻量化是国内外科研工作者的努力方向,比如美国橡树岭国家实验室(ornl)开发出用于制造复合金属部件的新工艺,能够提升飞机、火箭对极端环境的承受能力,在航空航天领域应用潜力巨大。

2、目前,以航空发动机冷却燃油管道为例,管路设置错综复杂,纵横交错,往往需要通过焊接或者扭折来完成,此时容易产生较大应力,在发动机高频振动过程中,容易产生裂纹断裂等缺陷,威胁发动机可靠性。


技术实现思路

1、本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种可自适应调整三维架构的复合金属制备方法,其目的是制备出一种能够根据需要进行变形、对接、裁剪加工的金属结构件材料,以同时满足强度、可塑性和轻量化的要求。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:

3、该种可自适应调整三维架构的复合金属制备方法是把一种金属材料ⅰ作为载体,将聚酰亚胺树脂通过挤压的方式压入另一种作为受体的金属材料ⅱ的内部,由于金属材料ⅰ的硬度和致密度大于金属材料ⅱ,所以形成由金属材料ⅰ、金属材料ⅱ、聚酰亚胺树脂组合并具有三维架构的复合金属,该复合金属被加热至100-300℃后,因内部聚酰亚胺树脂软化,而使其能够较容易改变形状,但又不会改变该复合金属的组织和性能。

4、该技术方案将金属与聚酰亚胺树脂相结合,形成由两种金属和聚酰亚胺树脂构成的三维架构形式的复合材料,该种结构形式在不改变作为受体的金属材料的组织和性能基础上,大大提高了该种复合材料的可塑性和可调性。

5、在一种实施方式中,所述金属材料ⅱ零件的部分或全部采用增材制造完成。

6、在一种实施方式中,所述金属材料ⅰ零件的部分或全部加工有深入其内部的盲孔,盲孔内填充聚酰亚胺树脂。

7、在一种实施方式中,所述金属材料ⅰ为4340钢,金属材料ⅱ为gh4169合金。

8、采用上述两种金属制备可自适应调整三维架构的复合金属的步骤如下:

9、步骤一、坯料准备

10、用gh4169合金加工一根管件坯料,该管件坯料沿中心轴截面的一侧部分用gh4169合金粉末以增材制造工艺完成加工,该部分管件坯料的致密度为40-50%;

11、步骤二、挤压工装准备

12、用4340钢材料加工一个与步骤一所述部分管件坯料形态一致、尺寸规格为其1/2的金属载体,在该金属载体的一个端面、沿轴向加工数个盲孔,并在该盲孔内充填聚酰亚胺树脂;

13、步骤三、挤压

14、将gh4169合金的管件坯料放入挤压筒中加热至800-1000℃,将4340钢材料的金属载体放入挤压筒中并与管件坯料的增材制造部分相抵,并由挤压杆将强度更高的金属载体压入管件坯料内部,此时管件坯料内部形成gh4169合金、4340钢和聚酰亚胺树脂三维架构的复合结构管件;

15、步骤四、自适应调整

16、将上述复合结构管件加热至100-300℃,此时,该复合结构管件内部的聚酰亚胺树脂发生软化,能够更容易对该复合结构管件进行需要的弯曲或变形加工,而不会改变gh4169合金的组织和性能。

17、该实施方式中,gh4169合金的管件坯料中的一半采用gh4169合金粉末以增材制造工艺完成加工,之后通过高温高压与4340钢通过变形连接,避免了材料界面因突变而造成的整体性能下降,gh4169合金、4340钢和聚酰亚胺树脂三者在无缝无氧的条件下完美连接;

18、gh4169合金、4340钢和聚酰亚胺树脂的构件具备三维架构,具体体现在高刚度的4340钢融入了低密度的gh4169合金,4340钢内部又包含聚酰亚胺树脂,在实际使用过程中,4340钢充当一个硬质核心并且具有类似格栅结构,其包含的聚酰亚胺树脂在一定温度下发生软化,使低密度的gh4169合金获得更多的空间发生局部扭折和变形,成为自适应三维架构。

19、上述工艺方法成本较低,易于推广,并且改变了复合金属部件的生产方式,满足了轻量化的要求,同时具有灵活的可塑性和足够的强度,推动增材制造技术在航空航天业深入应用。



技术特征:

1.一种可自适应调整三维架构的复合金属制备方法,其特征在于:该制备方法是把一种金属材料ⅰ作为载体,将聚酰亚胺树脂通过挤压的方式压入另一种作为受体的金属材料ⅱ的内部,形成由金属材料ⅰ、金属材料ⅱ、聚酰亚胺树脂组合并具有三维架构的复合金属,该复合金属被加热至100-300℃后,因内部聚酰亚胺树脂软化,而使其能够较容易改变形状,但又不会改变该复合金属的组织和性能。

2.根据权利要求1所述的可自适应调整三维架构的复合金属制备方法,其特征在于:所述金属材料ⅰ为4340钢,金属材料ⅱ为gh4169合金。

3.根据权利要求1所述的可自适应调整三维架构的复合金属制备方法,其特征在于:金属材料ⅰ的硬度和致密度大于金属材料ⅱ。

4.根据权利要求1或2所述的可自适应调整三维架构的复合金属制备方法,其特征在于:所述金属材料ⅱ零件的部分或全部采用增材制造完成。

5.根据权利要求1或2所述的可自适应调整三维架构的复合金属制备方法,其特征在于:所述金属材料ⅰ零件的部分或全部加工有深入其内部的盲孔,盲孔内填充聚酰亚胺树脂。

6.根据权利要求2所述的可自适应调整三维架构的复合金属制备方法,其特征在于:该制备方法的步骤如下:


技术总结
本发明是一种可自适应调整三维架构的复合金属制备方法,该制备方法是把一种金属材料Ⅰ作为载体,将聚酰亚胺树脂通过挤压的方式压入另一种作为受体的金属材料Ⅱ的内部,形成由金属材料Ⅰ、金属材料Ⅱ、聚酰亚胺树脂组合并具有三维架构的复合金属,该复合金属被加热至100‑300℃后,因内部聚酰亚胺树脂软化,而使其能够较容易改变形状,但又不会改变该复合金属的组织和性能。该技术方案将金属与聚酰亚胺树脂相结合,形成由两种金属和聚酰亚胺树脂构成的三维架构形式的复合材料,该种结构形式在不改变作为受体的金属材料的组织和性能基础上,大大提高了该种复合材料的可塑性和可调性。

技术研发人员:施翰超,方爽,谷国君,郝红军,兰博,姜涛
受保护的技术使用者:中国航发北京航空材料研究院
技术研发日:
技术公布日:2025/4/6
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