CN107803501B - 一种锡基巴氏合金构件的激光增材制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种锡基巴氏合金构件的激光增材制造方法，本发明属于增材制造相关领域。本发明解决了采用铸造的方法制造巴氏合金产品时的偏析、成形精度低、工序复杂、能耗大、难以成形形状复杂产品的问题。本发明采用选区激光熔化制备巴氏合金，经过选区激光熔化得到的巴氏合金不仅组织致密、成分均匀、尺寸精确，而且也能制备形状复杂的产品，此工艺的特点在于预热粉末、配合小功率激光，促进了巴氏合金的良好成形。该工艺流程简洁、能耗小，能成形任意形状的产品，填补了锡基巴氏合金构件增材制造的空白。

Description

一种锡基巴氏合金构件的激光增材制造方法
技术领域
本发明涉及一种金属构件的加工方法，属于增材制造相关领域，具体涉及一种锡基巴氏合金构件的激光增材制造方法。
背景技术
锡基巴氏合金是一种减磨耐磨金属材料，其微观组织特点为软相基体上均匀分布硬相质点。这种微观组织结构使得合金具有非常好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性，而且软基体内凹有利于承载使滑动面之间形成微小间隙，成为贮油空间和润滑油通道，有利于减小摩擦。锡基巴氏合金广泛用作船舶、汽车及大型机械主轴的轴瓦、轴承、轴衬、轴套材料。
巴氏合金的传统制造方法是铸造，铸造工艺包括了制模、熔炼合金和浇注等工序，所以工艺流程长且能耗大，一般适合批量生产，但是对于单个或小批量生产而言成本较高，采用铸造工艺制造巴氏合金时存在成分偏析、组织粗大等缺点，同时采用铸造的方法难以制造一些形状复杂的产品。
近年来，随着激光束等高能设备以及CAD等强大的三维制图软件的发展，激光增材制造技术得到了快速发展。与传统加工方法相比，激光增材制造方法的工艺流程简洁，材料和能源消耗低，易于制造复杂结构构件。
发明内容
本发明针对传统铸造方法制造巴氏合金构件的组织粗大和成分偏析、成形精度低、工序复杂、能耗大、难以制造复杂结构等问题，提出了一种锡基巴氏合金构件的激光增材制造方法。利用激光束在锡基巴氏合金粉末逐层铺粉熔合，制备三维金属构件。本发明填补了锡基巴氏合金构件的激光增材制造领域的空白，为复杂结构锡基巴氏合金构件的制造和应用奠定了基础。
一种锡基巴氏合金构件的激光增材制造方法，该方法是在预热的基板上铺设一定厚度的锡基巴氏合金粉末层，用激光束选区加热合金粉末层，使其局部熔合，在基板表面形成冶金结合的激光熔覆层；然后，基板下降一个合金粉末层厚度，重复铺设一定厚度的锡基巴氏合金粉末层和激光束选区加热步骤，形成与上一层激光熔覆层冶金结合的激光熔覆层；逐层铺粉与激光熔覆，最终得到三维的锡基巴氏合金构件。
所述的锡基巴氏合金金粉末的成分为锑3%~15%、铜2%~6%、锡余量；所述的锡基巴氏合金金粉末的粒度为80~300目。
所述的预热的基板的预热温度50 ~ 150 °C。
所述的合金粉末层的厚度为0.02 ~ 0.2mm。
所述的激光束的功率为20 ~ 100W。
所述的基板的材料为钢板，表面镀一层锡，镀层的厚度为0.02 ~ 0.2mm。
本发明的详细制备流程如下：
1、采用CAD、SolidWorks等制图软件设计待加工锡基巴氏合金零件的三维模型，然后使用Cura等切片软件将三维模型沿垂直方向分割成厚度为0.02~0.2mm的若干个二维切片图案。
2、采用表面镀锡0.02 ~ 0.2mm厚的钢板为基板，并用电热器件将基板预热至50 ~150 °C。
3、采用成分为锑3%~15%、铜2%~6%、锡余量，粒度为80 ~ 300目的锡基巴氏合金粉末为原料，在钢板基板镀锡表面铺设0.02 ~ 0.2mm的锡基巴氏合金粉末层。
4、用步骤1得到的第一个二维切片图案控制激光器束出光和运行路径，形成第一层选定区域的激光熔覆层。
5、将基板降低一个粉末铺层厚度，按步骤2预热基板，按步骤3铺粉，按步骤4提取待加工构件的第二个二维切片图案控制激光器束出光和运行路径，形成第二层选定区域的激光熔覆层。
6、重复步骤5步骤，依次提取待加工构件的二维切片图案控制激光器束出光和运行路径，逐层激光熔覆直至完成所有二维切片图案，得到由熔覆层构成的三维构件。
本发明的有益效果是：
1）锡基巴氏合金性能优良，锡基巴氏合金构件应用范围广泛。
2）激光增材制造加工的工艺流程短，可以加工任何形状和内部结构的构件，并且工件的结构复杂性不增加其加工成本。
附图说明
图1是激光增材制造锡基巴氏合金墙体的微观组织。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的介绍，但本发明并不局限于以下实例。对本发明中方法的替换和更改如果不脱离本发明的中心思想，则均在本发明的保护范围内。
实施例1：
1、使用SolidWorks三维制图软件设计出一个墙体，并使用切片软件进行切片，切片层厚度为0.1mm。
2、采用表面镀锡钢板为基板，镀锡层厚度0.1mm，放置在温度为100 °C的电热板上。
3、采用锡基巴氏合金粉末的成分为锑15%、铜4%、锡余量，粒度为150目。将锡基巴氏合金粉末铺设在步骤2的基板表面，铺设厚度0.1mm。
4、采用步骤1的第一个二维切片图案控制激光器束出光和运行路径，在45W的激光束加热作用下形成第一层选定区域的激光熔覆层。
5、将基板下降0.1mm，按步骤3铺粉，采用步骤1的第二个二维切片图案控制激光器束出光和运行路径，形成第二层选定区域的激光熔覆层。
6、重复步骤5步骤，依次采用步骤1的第三个、第四等等二维切片图案控制激光器束出光和运行路径，依次形成第三、第四等等选定区域的激光熔覆层，直至完成所有二维切片的激光熔覆加工，从而获得由熔覆层构成的三维墙体加工。
实施例2：
1、使用SolidWorks三维制图软件设计出一个墙体，并使用切片软件进行切片，切片层厚度为0.02mm。
2、采用表面镀锡钢板为基板，镀锡层厚度0.02mm，放置在温度为50°C的电热板上。
3、采用锡基巴氏合金粉末的成分为锑6%、铜6%、锡余量，粒度为300目。将锡基巴氏合金粉末铺设在步骤2的基板表面，铺设厚度0.02mm。
4、采用步骤1的第一个二维切片图案控制激光器束出光和运行路径，在20W的激光束加热作用下形成第一层选定区域的激光熔覆层。
5、将基板下降0.02mm，按步骤3铺粉，采用步骤1的第二个二维切片图案控制激光器束出光和运行路径，形成第二层选定区域的激光熔覆层。
6、重复步骤5步骤，依次采用步骤1的第三个、第四等等二维切片图案控制激光器束出光和运行路径，依次形成第三、第四等等选定区域的激光熔覆层，直至完成所有二维切片的激光熔覆加工，从而获得由熔覆层构成的三维墙体加工。
实施例3：
1、使用SolidWorks三维制图软件设计出一个墙体，并使用切片软件进行切片，切片层厚度为0.2mm。
2、采用表面镀锡钢板为基板，镀锡层厚度0.2mm，放置在温度为150 °C的电热板上。
3、采用锡基巴氏合金粉末的成分为锑3%、铜2%、锡余量，粒度为80目。将此锡基巴氏合金粉末铺设在步骤2的基板表面，铺设厚度0.2mm。
4、采用步骤1的第一个二维切片图案控制激光器束出光和运行路径，在100W的激光束加热作用下形成第一层选定区域的激光熔覆层。
5、将基板下降0.2mm，按步骤3铺粉，采用步骤1的第二个二维切片图案控制激光器束出光和运行路径，形成第二层选定区域的激光熔覆层。
6、重复步骤5步骤，依次采用步骤1的第三个、第四等等二维切片图案控制激光器束出光和运行路径，依次形成第三、第四等等选定区域的激光熔覆层，直至完成所有二维切片的激光熔覆加工，从而获得由熔覆层构成的三维墙体加工。
上述实例只是举例说明了此发明的原理，但本发明在实际生产中的应用并不仅限于此，对本发明做出的任何变形和改变如果不脱离本发明的核心思想，则均在本发明的保护范围中。

Claims (2)

1.一种锡基巴氏合金构件的激光增材制造方法，其特征在于：
1)、采用CAD、SolidWorks制图软件设计待加工锡基巴氏合金零件的三维模型，然后使用Cura切片软件将三维模型沿垂直方向分割成厚度为0.02～0.2mm的若干个二维切片图案；
2)、采用钢板为基板，基板表面镀锡厚度为0.02～0.2mm，并用电热器件将镀锡后的基板预热至50～150℃；
3)、采用成分为锑3％～15％、铜2％～6％、锡余量，粒度为80～300目的锡基巴氏合金粉末为原料，在钢板基板镀锡表面铺设0.02～0.2mm的锡基巴氏合金粉末层；
4)、用步骤1)得到的第一个二维切片图案控制激光器束出光和运行路径，形成第一层选定区域的激光熔覆层；
5)、将基板降低一个粉末铺层厚度，按步骤2)预热基板，按步骤3)铺粉，按步骤4)提取待加工构件的第二个二维切片图案控制激光束出光和运行路径，形成第二层选定区域的激光熔覆层；
6)、重复步骤5)步骤，依次提取待加工构件的二维切片图案控制激光器束出光和运行路径，逐层激光熔覆直至完成所有二维切片图案，得到由熔覆层构成的三维构件。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述的激光束的功率为20～100W。
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