本技术涵盖增材制造领域,介绍了一种创新的制备方法,用于制造陶瓷颗粒增强的金属基复合材料。该方法包括精选焊丝、超声波清洗焊丝以及物理气相沉积工艺等关键步骤。
背景技术
增材制造(Additive Manufacturing, AM),作为一种革命性的制造技术,其核心在于通过精准控制的逐层材料累加过程构建物体,显著特征在于材料的高效利用以及复杂几何结构的卓越制造能力。尽管金属增材制造技术近年来取得了大的进展,但其在力学性能上的表现仍面临多重挑战,尤其是孔隙度、裂纹形成、残余应力累积以及表面粗糙度控制等关键问题。这些力学缺陷直接关联并潜在地削弱了产品的强度、耐久性乃至整体可靠性,能否避免这些问题构成了该技术领域进一步发展与应用的重大考量因素。
近年来,通过在金属基体中添加陶瓷颗粒来增强增材制造工件的力学性能的方法受到了越来越多的关注。陶瓷颗粒由于其高硬度、高熔点和优异的耐磨性,被认为是一种理想的增强相,可以有效改善金属基体的力学性能。将陶瓷颗粒引入金属基体的增材制造复合材料的制备,可以提高工件的硬度、耐磨性和抗疲劳性能,从而显著提升增材制造制品的综合性能。
在利用陶瓷颗粒增强金属增材制造工件的技术中,主流的工艺包括金属基复合材料(Metal Matrix Composites, MMCs)的制备。通过将陶瓷颗粒均匀分散在金属粉末中,然后利用选择性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)或电子束熔化(Electron BeamMelting, EBM)等增材制造技术,将这些复合材料的粉末或者丝材逐渐熔化、然后固化,最终形成致密的金属基复合材料工件。例如,一些研究表明,通过在铝基体中引入硼化碳(B4C)颗粒,可以显著提高增材制造铝基复合材料的抗拉强度和硬度。另一些研究则通过在钛合金中添加氧化铝(Al2O3)或碳化钛(TiC)颗粒,来提升钛合金基复合材料的耐磨性和耐腐蚀性。
然而,在实际操作过程中,陶瓷颗粒均匀分散在金属基体中仍面临多种挑战。首先,陶瓷颗粒在金属基体中容易团聚,形成颗粒聚集体,导致分布不均匀,从而影响复合材料的力学性能和整体性能。其次,陶瓷颗粒与金属基体之间的界面结合力不足,可能导致应力集中和裂纹的形成,从而降低复合材料的综合性能。此外,实现陶瓷颗粒在金属基体中的均匀分散需要复杂的技术和工艺控制,如熔盐法和机械合金化等,工艺难度大,成本高。最后,纳米级陶瓷颗粒由于其尺寸效应,容易在金属基体中形成不均匀分布,导致复合材料的力学性能和耐磨性能不一致。
因此,需要解决增材制造中陶瓷颗粒在金属基中颗粒与基体的界面结合强度差的技术问题。
实现思路