本發(fā)明屬于金屬增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬基原位自生顆粒增強(qiáng)構(gòu)件的增材制造方法。

背景技術(shù)：

發(fā)明專利《金屬構(gòu)件移動(dòng)微壓鑄成型方法》(申請(qǐng)?zhí)枺篊N201310139419)公開(kāi)了一種無(wú)模成形方法，其特征在于：將精煉的金屬熔體從坩堝底部出口(噴嘴)連續(xù)擠出，噴嘴下方約幾百微米是一個(gè)可作x-y-z三維運(yùn)動(dòng)的水平基板，熔體在噴嘴與基板構(gòu)成的狹小空間內(nèi)邊凝固邊隨基板剪切運(yùn)動(dòng)，在三維成形制造軟件支持下，熔體逐層凝固堆積成形，無(wú)需模具。該方法的關(guān)鍵在于：在噴嘴與基板(或已凝固的前一堆積層)之間是一個(gè)狹小的半開(kāi)放、半封閉空間，其中熔體的溫度必須嚴(yán)格控制在固液兩相區(qū)，使一部分熔體發(fā)生凝固，其余的熔體則被基板的運(yùn)動(dòng)和來(lái)自坩堝內(nèi)部的壓力裹挾著向前運(yùn)動(dòng)，使剛剛凝固的枝晶被這種運(yùn)動(dòng)打碎，晶粒得到細(xì)化，從而使構(gòu)件的性能得到改善。該方法存在的主要問(wèn)題是：對(duì)于許多常用合金來(lái)說(shuō)，±1℃的差別足以使熔體的固相分?jǐn)?shù)發(fā)生變化，以致粘度發(fā)生變化，溫度低，粘度高，有利于成形，但不利于層間結(jié)合；溫度高，粘度低，有利于層間結(jié)合，但不利于成形。因此，需要采取一定的方法，使粘度的變化不依賴于溫度，將成形與層間(界面)結(jié)合的控制條件分開(kāi)，為實(shí)現(xiàn)金屬熔體直接成形(增材制造)創(chuàng)造便利條件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種金屬基原位自生顆粒增強(qiáng)構(gòu)件的增材制造方法，通過(guò)在金屬熔體中添加不少于兩種單質(zhì)顆粒，在熔體所處的溫度范圍內(nèi)，這些顆粒之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或者單質(zhì)顆粒與金屬熔體中的元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于金屬的化合物，形成原位自生顆粒，使金屬熔體的粘度由原位自生顆粒的尺寸和體積來(lái)控制，實(shí)現(xiàn)金屬基原位自生顆粒增強(qiáng)構(gòu)件的增材制造。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種金屬基原位自生顆粒增強(qiáng)構(gòu)件的增材制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

A.在底部帶有噴嘴的坩堝中熔化金屬，且溫度保持在液相線以上，在金屬熔體中添加不少于兩種單質(zhì)顆粒，在熔體所處的溫度范圍內(nèi)，這些顆粒之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于金屬的原位自生顆粒；通過(guò)攪拌使原位自生顆粒均勻分布在金屬熔體中，其粘度由原位自生顆粒的粒徑、顆粒的摩爾質(zhì)量與金屬熔體的摩爾質(zhì)量的比例關(guān)系來(lái)控制；

B.在噴嘴下方設(shè)置一個(gè)可作三維運(yùn)動(dòng)的水平基板及其控制設(shè)備，噴嘴距離水平基板的距離為噴嘴內(nèi)徑的1～8倍；

C.在水平基板控制設(shè)備中設(shè)置預(yù)定的程序，用于控制水平基板三維運(yùn)動(dòng)的方向和速度；

D.施加一定的壓力使含有原位自生顆粒的金屬熔體從噴嘴中流出，同時(shí)控制設(shè)備使水平基板以預(yù)定的方向和速度運(yùn)動(dòng)；

E.含有原位自生顆粒的金屬熔體在噴嘴與水平基板之間邊凝固邊隨基板運(yùn)動(dòng)，金屬熔體逐層凝固，堆積成形，得到金屬基原位自生顆粒增強(qiáng)構(gòu)件。

更進(jìn)一步地，所述步驟A中加入的單質(zhì)顆粒也能與金屬熔體中的元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于金屬熔體的原位自生顆粒。

更進(jìn)一步地，所述步驟A中的金屬熔體為合金熔體。

更進(jìn)一步地，所述步驟A中坩堝加熱的方式為電阻加熱或感應(yīng)加熱。

更進(jìn)一步地，所述步驟A中使原位自生顆粒均勻分布在金屬熔體中的方法為機(jī)械攪拌或電磁攪拌。

更進(jìn)一步地，所述步驟A中金屬熔化與凝固過(guò)程中均受到惰性氣體保護(hù)。

更進(jìn)一步地，所述步驟C中，水平基板控制設(shè)備可控制噴嘴開(kāi)關(guān)和坩堝內(nèi)壓力，從而控制金屬熔體的流量。

本發(fā)明通過(guò)在金屬熔體中幾種單質(zhì)顆粒，在熔體所處的溫度范圍內(nèi)，這些顆粒之間或顆粒與金屬熔體之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于金屬的化合物，形成原位自生顆粒，再通過(guò)控制原位自生顆粒的尺寸和體積來(lái)控制金屬熔體的粘度，達(dá)到控制流動(dòng)與成形的目的，解決了過(guò)去層間結(jié)合不好、不利于成形等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了金屬基顆粒增強(qiáng)構(gòu)件的增材制造。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)際應(yīng)用示意圖。

1--坩堝，2--原位自生顆粒，3--噴嘴，4--新凝固層，5--單質(zhì)顆粒1，6--單質(zhì)顆粒2，7--葉片，8--前一凝固層，9--水平基板

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：參見(jiàn)圖1、圖2，一種金屬基原位自生顆粒增強(qiáng)構(gòu)件的增材制造方法，包括以下步驟：

A.在底部帶有噴嘴的坩堝中熔化金屬鋁，且溫度保持在660℃以上，將直徑為50μm的Ti、1μm的C顆粒，以質(zhì)量比Ti:C:Al＝4:1:(20～45)加入鋁熔體，通過(guò)機(jī)械攪拌使金屬鋁熔體中的原位自生顆粒均勻分布，加熱的方式為電阻加熱，金屬熔化受到惰性氣體保護(hù)；

B.在噴嘴下方設(shè)置一個(gè)可作三維運(yùn)動(dòng)的水平基板及其控制設(shè)備，噴嘴的內(nèi)徑為2mm，噴嘴距離水平基板的距離為10mm；

C.在水平基板控制設(shè)備中設(shè)置預(yù)定的程序，用于控制水平基板三維運(yùn)動(dòng)的方向和速度，水平基板控制設(shè)備可控制噴嘴開(kāi)關(guān)和坩堝內(nèi)壓力，從而控制金屬鋁熔體的流量；

D.施加一定壓力使金屬鋁熔體從噴嘴中流出，同時(shí)水平基板控制設(shè)備控制水平基板以預(yù)定的方向和速度運(yùn)動(dòng)；

E.含有金屬鋁熔體在噴嘴與水平基板之間邊凝固邊隨基板運(yùn)動(dòng)，熔體逐層凝固，堆積成形，得到鋁基TiC增強(qiáng)構(gòu)件，凝固過(guò)程受到惰性氣體保護(hù)。