CN114570944B - 一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，包括以下步骤：一、对难相容异质金属A‑B复杂构件进行结构分析，得到A’‑B’材料过渡区结构；二、分别加工过渡区结构中的A’材料、B’材料结构；三、将A’材料、B’材料结构连接，得到A’‑B’材料过渡区结构；四、在过渡区结构A’材料一侧增材制造A材料结构；五、在过渡区结构B’材料一侧增材制造B材料结构，得到难相容A‑B异质金属材料构件。本发明将高能束金属增材制造技术与金属特种连接技术结合，提出用特种连接技术制备过渡区结构，再利用增材制造技术在过渡区结构两侧分别成形不同金属材料，得到难相容异质金属材料构件，实现构件轻量化、功能一体化制造。

Description

一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法

技术领域

本发明属于材料加工工程技术领域，具体涉及一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法。

背景技术

高能束增材制造方法采用激光、电弧、等离子弧和电子束等作为热源，将金属粉材/丝材熔化逐层沉积成形出所要求的几何结构的高性能金属零件，具有柔性化、个性化、结构任意、短周期等制造特征。同时，该方法也是一种低能耗、可持续的绿色环保制造方法。特别地是，增材制造方法由于不受零件几何结构的限制，极大地促进了创新设计，为各行各业发展赋能。

异质金属材料构件是两种或多种材料复合且成分随结构变化的一种新型复合材料，异质金属材料构件综合利用不同材料的性能优势，将具有不同特性的材料组合在一起使用，可以满足结构轻型化、结构功能一体化和低成本设计与制造的发展要求。

将金属增材制造方法应用于异质金属材料构件的制备，不仅可以大幅提高梯度功能构件的成形效率，同时对于异质金属材料构件的结构设计也更加灵活，复杂结构的异质金属材料成形成为可能。对于相容材料的异质金属材料结构件的增材制造成形已经取得良好的应用，而对于一些相容性差的金属材料体系(如Al-Cu系、Al-Ti系等)却难以实现复杂构件的一体化制。对于难相容金属材料体系，一方面由于在激光等高能束热源作用下，金属材料经历熔化并凝固过程中往往形成大量Al₂Cu、AlTi等脆性相，这些脆性相容易导致异质材料过渡区产生裂纹等缺陷；另一方面，在由于难相容金属材料之间热物性参数差异较大，在增材制造过程中，不同材料之间过渡区会形成较大的热应力，容易导致材料开裂，进而造成异质金属材料构件一体化成形困难。爆炸焊、钎焊、扩散焊等特种焊接方法能够实现难相容异质金属材料的连接。然而这些特种焊接方法工艺条件通产较为苛刻，异质金属材料构件的尺寸、形状复杂度受到很大的限制。结合增材制造方法与特种焊接，利用特种焊接实现小尺寸、低复杂度的过渡区结构连接，再利用增材制造方法在异质金属材料复合基材上实现大尺寸、高复杂度的异质金属材料构件成形，并在成形过程中对特种焊接界面加以保护和控制，将实现难相容异质金属材料构件的一体化制造，推动航天航空等领域复杂构件的轻量化、功能一体化制造。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法。该方法将高能束金属增材制造方法与异质金属连接结合，提出用特种连接技术制备过渡区结构，再利用增材制造技术在两侧分别成形不同材料结构，最终得到难相容异质金属材料复杂构件，实现构件轻量化、功能一体化制造。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对难相容异质金属材料复杂构件进行三维建模与结构分析，确定异质金属之间的连接界面，得到异质金属构件的过渡区结构；所述难相容异质金属材料复杂构件包括两种不同金属材料，所述两种不同的金属材料分别为A材料和B材料；

步骤二、根据步骤一中得到的过渡区结构对A’材料和B’材料进行制备加工，得到过渡区结构中的A’材料结构和B’材料结构；所述A’材料与A材料相同或A’材料与A材料为相容性良好的材料，所述B’材料与B材料相同或B’材料与B材料为相容性良好的材料；

步骤三、将步骤二中得到的A’材料结构和B’材料结构进行连接，得到A’-B’材料过渡区结构；

步骤四、在步骤三中得到的A’-B’过渡区结构的A’材料一侧，采用高能束金属增材制造方法制备A材料复杂结构，得到A材料—A’-B’材料结构；所述高能束金属增材制造方法制备过程中进行温度控制，所述温度控制为使高能束金属增材制造中A’-B’材料过渡区结构的温度不超过A’材料和B’材料之间形成脆性相或产生开裂的温度；

步骤五、在步骤四中得到的A材料—A’-B’材料结构的B’材料一侧，采用高能束金属增材制造方法制备B材料复杂结构，得到难相容异质材料复杂构件；所述高能束金属增材制造方法制备过程中进行温度控制，所述温度控制为使高能束金属增材制造中A’-B’材料过渡区结构的温度不超过A’材料和B’材料之间形成脆性相或产生开裂的温度。

本发明先对难相容异质金属复杂构件进行三维建模与结构分析，确定了异质金属之间的连接界面，得到连接界面两侧不同的金属材料的分布，即得到异质金属构件之间的过渡区结构，过渡区结构，包含三层含义，一是过渡区结构中两种难相容异质金属连接界面的形状，过渡区结构不仅包括两种难相容异质金属以平面形式连接，也能兼容两种难相容异质金属以波浪形、锯齿形或其它连接方式，适用范围广，二是过渡区结构的形状，两种难相容异质金属的接触面不仅包括矩形，也可能是圆形，圆环形等其他形状，三是过渡区结构的厚度，过渡区结构具有一定的厚度，才能为后续的材料提供增材制造的基础，也就是说过渡区结构是将两种难相容异质金属的接触面完全包括的具有一定厚度的结构；本发明根据A材料和B材料的过渡区结构分别制备过渡区结构中的A’材料结构和B’材料结构，其中A与A’相容或相同，B与B’相容或相同，一般情况下保持A与A’相同，B与B’相同即可达到制备的目的，但当A材料和B材料的热物性参数差异很大时，选用热物性参数差异相对较小、且分别与A材料、B材料相容的材料A’材料、B’材料逐步过渡，降低界面应力；本发明将过渡区结构中的A’材料结构和B’材料结构进行连接得到A’-B’材料过渡区结构，作为难相容异质金属复杂构件的基础，再在A’-B’材料过渡区结构两侧分别增材制造A材料复杂结构和B材料复杂结构得到难相容异质金属复杂构件；本发明在高能束金属增材制造中对A’-B’材料过渡区结构进行温度控制，防止A’-B’材料过渡区结构超过A’材料和B’材料之间形成脆性相或产生开裂的温度，以保证制备过程中过渡区不析出脆性相、不开裂，从而保证异质材料构件成形质量。

上述的一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，步骤一和步骤二中所述A材料和A’材料的材质为钢、钛合金、铝合金、铜合金、镍基高温合金中的一种或两种，所述B材料和B’材料的材质为钢、钛合金、铝合金、铜合金、镍基高温合金中的一种或两种。本发明通过控制A材料和B材料的材质使本发明的方法适用于多种异质金属复杂构件的制备。

上述的一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，步骤二中所述过渡区结构中的A’材料结构厚度为5mm～30mm，所述过渡区结构中的B’材料结构厚度为2mm～7mm。本发明通过控制过渡区结构中的A’材料结构和B’材料结构的厚度，保证了焊接后的A’-B’材料过渡区结构具有一定的结构强度，从而保证了后续增材制造过程的顺利进行。

上述的一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，步骤二中所述制备加工的方式为：金属增材制造或传统方式加工，所述传统方式加工为铸造和/或锻造。本发明通过金属增材制造成形加工A’材料结构和B’材料结构适用于过渡区结构形状比较复杂的情况，通过传统方式加工成形过渡区结构中的A’材料结构和B’材料结构具有成本较低的优点。

上述的一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，步骤三中所述连接方法为爆炸焊、扩散焊或钎焊。本发明通过采用爆炸焊进行焊接，爆炸焊是指利用炸药爆轰时产生的冲击波高压驱动金属板材运动，在两金属表面发生碰撞，形成射流，将表面膜清除，并在冲击波高压作用下形成冶金连接的一种焊接方法，由于在整个焊接过程时间极短，被连接的金属整体不经受高温，属于固相连接，因此在连接难相容异质材料过程中可以避免脆性相的析出；本发明通过采用扩散焊进行焊接，扩散焊是指将两种材料紧压在一起，并置于气氛炉或真空炉内加热保温，从而使原子间相互扩散，达到冶金结合的目的，扩散焊可以通过添加中间金属层达到防止脆性相的析出，能够实现难相容异质金属材料的连接；本发明通过采用钎焊进行焊接，钎焊是指利用液态钎料填充固态异质材料构件之间的空隙，从而达到连接异质材料的目的，在钎焊过程中母材不融化，只融化钎料，因此根据连接的材料种类，合理选择钎料即能实现难相容异质材料的连接。

上述的一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，步骤四和步骤五中所述高能束为激光束、电弧、电子束或等离子束。本发明根据材料的成形特性，灵活选择异质材料构件中最适合的高能束。

上述的一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，步骤四和步骤五中所述增材制造方法为粉末床铺粉方式的选区熔化方法或同步材料送进的直接能量沉积方法，所述选区熔化方法为激光选区熔化方法或电子束选区熔化方法，所述直接能量沉积方法为激光立体成形方法，电弧送丝增材制造方法或电子束送丝增材制造方法。粉末床铺粉方式的选区熔化方法可成形的构件结构复杂度高，而同步材料送进的直接能量沉积方法成形的构件结构复杂度相对低，但成形效率相对较高，因此可以根据过渡区界面两侧的异质材料构件的复杂度合理选择对应的增材制造成形方式，兼顾成形效率、可成形构件结构复杂度。

上述的一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，步骤四和步骤五中所述温度控制的方法为对A’-B’材料过渡区结构施加水冷，或调整增材制造工艺的参数，所述调整增材制造工艺的参数具体为：控制增材制造中激光功率不大于2500W，层间停留时间大于10s。本发明在高能束金属增材制造中对A’-B’材料过渡区结构进行温度控制，防止A’-B’材料过渡区结构过热，以保证制备过程中过渡区不析出脆性相、不开裂，从而保证异质材料构件成形质量。

上述的一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，步骤四和步骤五中所述高能束金属增材制造中均在氩气或氮气气氛保护下进行。本发明通过在气氛保护下进行高能束金属增材制造，防止异质金属构件在增材制造过程中氧化，提高成形质量。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明将高能束金属增材制造方法与异质金属连接方法结合起来，提出用特种连接技术制备过渡区结构，再利用增材制造技术在两侧分别成形不同材料结构，最终实现钛合金—铝合金、钛合金—铜合金、钛合金—镍基高温合金等难相容异质材料复杂构件的制造，过渡区界面无裂纹、界面结合质量优异，实现构件轻量化、功能一体化制造。

2、本发明中过渡区结构中的A’材料结构、B’材料结构可采用金属增材制造直接成形，再使用特种连接技术连接得到A’-B’材料过渡区结构，可制备出近乎全增材组织的难相容异质材料复杂构件。

3、本发明中可以灵活选择不同材料结构的增材制造方式，如制备铝合金—钛合金异质材料构件过程中，可使用激光选区熔化方法制备铝合金，选择直接能量方法制备钛合金，制备过程及工艺更加灵活，同时制备的异质构件结构复杂度更高。

4、本发明中在复合基材两侧分别成形异质材料构件过程中，通过进行温度控制，调控增材制造工艺参数及沉积策略实现对过渡区结构温度的精确控制，可以有效避免增材制造过程中热效应对过渡区结构连接界面带来的不利影响，提高异质材料构件整体的成形质量。

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明实施例1步骤一中难相容异质金属复杂构件的结构示意图。

图2是本发明实施例1中得到的A’-B’材料过渡区结构示意图。

图3是本发明实施例1中得到的A材料—A’-B’材料结构的示意图。

图4是本发明实施例1步骤五中得到的难相容异质金属复杂构件的结构示意图。

图5是本发明实施例2步骤一中难相容异质金属复杂构件的结构示意图。

图6是本发明实施例2中得到的A’-B’材料过渡区结构示意图。

图7是本发明实施例2中得到的A材料—A’-B’材料结构的示意图。

图8是本发明实施例2步骤五中得到的难相容异质金属复杂构件的结构示意图。

图9是本发明实施例3步骤五中得到的难相容异质金属复杂构件连接界面的SEM图。

图10是本发明实施例4步骤一中得到的过渡区结构的示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例包括以下步骤：

步骤一、对难相容异质金属复杂构件进行三维建模与结构分析，确定异质金属之间的连接界面，得到异质金属构件之间的过渡区结构；如图1所示，本实施例的难相容异质金属复杂构件两种不同的金属材料，所述两种不同的金属材料分别为A材料和B材料，所述A材料为AlMgScZr合金，B材料为Ti60合金；所述异质金属构件之间的过渡区结构为40mm×40mm×7mm(长×宽×高)的长方体；

步骤二、根据步骤一中得到的过渡区结构对A’材料和B’材料进行制备加工，得到过渡区结构中的A’材料结构和B’材料结构；所述A’材料与A材料相同，所述B’材料与B材料相同；所述制备加工的方式为：金属增材制造成形，其中制备过渡区结构中的A’材料结构的具体过程为：设定激光功率400W，光斑直径100μm，扫描速度800mm/s，扫描间距120μm，层间旋转角度67°，层厚40μm，采用激光选区熔化方法制备厚度为5mm，长宽为40mm×40mm的AlMgScZr薄板；制备过渡区结构中的B’材料结构的具体过程为：设定激光功率1500W，光斑直径3mm，扫描速度600mm/min，搭接率50％，层间停留时间10s，抬升量0.4mm，送粉率10g/min，采用激光立体成形方法制备厚度为2mm，长宽为40mm×40mm的Ti60薄板；

步骤三、将步骤二中得到的A’材料结构和B’材料结构进行连接，得到A’-B’材料过渡区结构，见图2；所述焊接为爆炸焊；

步骤四、在步骤三中得到的A’-B’材料过渡区结构的A’材料一侧，采用高能束金属增材制造方法制备A材料复杂结构零件，得到A材料—A’-B’材料结构，见图3；所述高能束金属增材制造方法制备过程中进行温度控制，所述温度控制为使高能束金属增材制造中A’-B’材料过渡区结构的温度不超过A’材料和B’材料之间形成脆性相温度；所述增材制造方法为粉末床铺粉方式的选区熔化方法，所述选区熔化方法为激光选区熔化方法；所述高能束为激光束；所述高能束金属增材制造中均在氩气气氛保护下进行；所述高能束金属增材制造方法中设定激光功率400W，光斑直径100μm，扫描速度800mm/s，扫描间距120μm，层间停留时间10s，层间旋转角度67°，层厚40μm；

步骤五、在步骤四中得到的A材料—A’-B’材料结构的B’材料一侧，采用高能束金属增材制造方法制备B材料复杂结构零件，得到难相容异质材料复杂构件，见图4；所述高能束金属增材制造方法制备过程中进行温度控制，所述温度控制为使高能束金属增材制造中A’-B’材料过渡区结构的温度不超过A’材料与B’材料之间形成脆性相的温度；所述增材制造方法为同步材料送进的直接能量沉积方法，所述直接能量沉积方法为激光立体成形方法；所述高能束为激光束；所述高能束金属增材制造中均在氩气气氛保护下进行；所述高能束金属增材制造方法中设定激光功率1500W，扫描速度600mm/min，光斑直径3mm，搭接率50％，层间停留时间10s，抬升量0.4mm，送粉率10g/min。

实施例2

本实施例包括以下步骤：

步骤一、对难相容异质金属复杂构件进行三维建模与结构分析，确定异质金属之间的连接界面，得到异质金属构件之间的过渡区结构；如图5所示本实施例的难相容异质金属复杂构件包括两种不同的金属材料，所述两种不同的金属材料分别为A材料和B材料；所述A材料为TC4钛合金，B材料为GH4169镍基高温合金；所述异质金属构件之间的过渡区结构为厚度为37mm的圆环体；

步骤二、根据步骤一中得到的过渡区结构对A’材料和B’材料进行制备加工，得到过渡区结构中的A’材料结构和B’材料结构；所述A’材料与A材料相同，所述B’材料与B材料相同；所述A’材料基材的厚度为30mm，所述B’材料基材的厚度为7mm；所述制备加工的方式为：传统方式加工，所述传统方式加工为铸造和锻造；

步骤三、将步骤二中得到的A’材料结构和B’材料结构进行连接，得到A’-B’材料过渡区结构，见图6；所述焊接为扩散焊；

步骤四、在步骤三中得到的A’-B’材料过渡区结构的A’材料一侧，采用高能束金属增材制造方法制备A材料复杂结构零件，得到A材料—A’-B’材料结构，见图7；所述高能束金属增材制造方法制备过程中进行温度控制，所述温度控制为使高能束金属增材制造中A’-B’材料过渡区结构的温度不超过A’材料与B’材料之间形成脆性相的温度；所述增材制造方法为同步材料送进的直接能量沉积方法，所述直接能量沉积方法为激光立体成形方法；所述高能束为激光束；所述温度控制的方法为对A’-B’材料过渡区结构施加水冷；所述高能束金属增材制造中在氮气气氛保护下进行；所述高能束金属增材制造中设定激光功率700W，扫描速度600mm/min，光斑直径3mm，层间停留时间10s，抬升量0.25mm，送粉率5g/min；

步骤五、在步骤四中得到的A材料—A’-B’材料结构的B’材料一侧，采用高能束金属增材制造方法制备B材料复杂结构零件，得到难相容异质材料复杂构件，见图8；所述高能束金属增材制造方法制备过程中进行温度控制，所述温度控制为使高能束金属增材制造中A材料—A’-B’材料结构的温度不超过A’材料和B’材料的脆性相析出温度；所述增材制造方法为同步材料送进的直接能量沉积方法，所述直接能量沉积方法为激光立体成形方法；所述高能束为激光束；所述温度控制的方法为对A材料—A’-B’材料结构施加水冷；所述高能束金属增材制造中在氮气气氛保护下进行；所述高能束金属增材制造中设定激光功率2000W，扫描速度900mm/min，光斑直径3mm，层间停留时间20s，抬升量0.3mm，送粉率20g/min。

实施例3

本实施例包括以下步骤：

步骤一、对难相容异质金属复杂构件进行三维建模与结构分析，确定异质金属之间的连接界面，得到异质金属构件之间的过渡区结构；所述难相容异质金属复杂构件包括两种不同的金属材料，所述两种不同的金属材料分别为A材料和B材料；所述A材料为AlSi10Mg合金，B材料为与Ti6Al4V合金；所述异质金属构件之间的过渡区结构为20mm×35mm×12mm(长×宽×高)的长方体；

步骤二、根据步骤一中得到的过渡区结构对A’材料和B’材料进行制备加工，得到过渡区结构中的A’材料结构和B’材料结构；所述A’材料为L01纯铝，所述B’材料为TA1；所述A’材料基材的厚度为6mm，所述B’材料基材的厚度为6mm；所述制备加工的方式为：传统方式加工，所述传统方式加工为铸造；

步骤三、将步骤二中得到的A’材料结构和B’材料结构进行连接，得到A’-B’材料过渡区结构；所述焊接为爆炸焊；所述爆炸焊过程中A’材料基材与B’材料基材之间的间距为4mm，炸药爆速V_d＝2.1km/s；

步骤四、在步骤三中得到的A’-B’材料过渡区结构的A’材料一侧，采用高能束金属增材制造方法制备A材料复杂结构零件，得到A材料—A’-B’材料结构；所述高能束金属增材制造方法制备过程中进行温度控制，所述温度控制为使高能束金属增材制造中A’-B’材料过渡区结构的温度不超过A’材料和B’材料的脆性相析出温度；所述增材制造方法为同步材料送进的直接能量沉积方法，所述直接能量沉积方法为激光立体成形方法；所述高能束为激光束；所述温度控制的方法为对A’-B’材料过渡区结构施加水冷；所述高能束金属增材制造中均在氩气气氛保护下进行；所述高能束金属增材制造中设定激光功率700W，扫描速度600mm/min，光斑直径3mm，搭接率50％，层间停留时间10s，抬升量0.25mm，送粉率5g/min；

步骤五、在步骤四中得到的A材料—A’-B’材料结构的B’材料一侧，采用高能束金属增材制造方法制备B材料复杂结构零件，得到难相容异质材料复杂构件；所述高能束金属增材制造方法制备过程中进行温度控制，所述温度控制为使高能束金属增材制造中A材料—A’-B’材料结构的温度不超过A’材料与B’材料之间形成脆性相的温度；所述增材制造方法为同步材料送进的直接能量沉积方法，所述直接能量沉积方法为激光立体成形方法；所述高能束为激光束；所述温度控制的方法为对A材料—A’-B’材料结构施加水冷；所述高能束金属增材制造中均在氩气气氛保护下进行；所述高能束金属增材制造中设定激光功率1200W，扫描速度1200mm/min，光斑直径3mm，搭接率50％，层间停留时间10s，抬升量0.15mm，送粉率3g/min。

图9是本实施例步骤五中得到的难相容异质金属复杂构件连接界面的SEM图，从图9中可以看出，自上至下存在四个典型的特征组织区域，这是因为自下至上依次为AlSi10Mg合金、L01纯铝、TA1纯钛、Ti6Al4V合金，同时可以观察到Ti6Al4V—TA1纯钛界面、TA1纯钛—L01纯铝界面、L01纯铝—AlSi10Mg界面均结合性良好，无明显的裂纹、孔洞存在。

实施例4

本实施例包括以下步骤：

步骤一、对难相容异质金属复杂构件进行三维建模与结构分析，确定异质金属之间的连接界面，得到异质金属构件之间的过渡区结构；所述难相容异质金属复杂构件包括两种不同的金属材料，所述两种不同的金属材料分别为A材料和B材料；所述A材料为AlSi10Mg合金，B材料为与Ti6Al4V合金；所述异质金属构件之间的过渡区结构为20mm×35mm×12mm(长×宽×高)的长方体，异质材料的接触面为波浪形，见图10；

步骤二、根据步骤一中得到的过渡区结构对A’材料和B’材料进行制备加工，得到过渡区结构中的A’材料结构和B’材料结构；所述A’材料为L01纯铝，所述B’材料为TA1；所述A’材料基材的厚度为6mm，所述B’材料基材的厚度为6mm；所述制备加工的方式为：传统方式加工，所述传统方式加工为铸造；

步骤三、将步骤二中得到的A’材料结构和B’材料结构进行连接，得到A’-B’材料过渡区结构；所述焊接为扩散焊；

步骤四、在步骤三中得到的A’-B’材料过渡区结构的A’材料一侧，采用高能束金属增材制造方法制备A材料复杂结构零件，得到A材料—A’-B’材料结构；所述高能束金属增材制造方法制备过程中进行温度控制，所述温度控制为使高能束金属增材制造中A’-B’材料过渡区结构的温度不超过A’材料和B’材料的脆性相析出温度；所述增材制造方法为同步材料送进的直接能量沉积方法，所述直接能量沉积方法为激光立体成形方法；所述高能束为激光束；所述温度控制的方法为对A’-B’材料过渡区结构施加水冷；所述高能束金属增材制造中均在氩气气氛保护下进行；所述高能束金属增材制造中设定激光功率700W，扫描速度600mm/min，光斑直径3mm，搭接率50％，层间停留时间10s，抬升量0.25mm，送粉率5g/min；

步骤五、在步骤四中得到的A材料—A’-B’材料结构的B’材料一侧，采用高能束金属增材制造方法制备B材料复杂结构零件，得到难相容异质材料复杂构件；所述高能束金属增材制造方法制备过程中进行温度控制，所述温度控制为使高能束金属增材制造中A材料—A’-B’材料结构的温度不超过A’材料与B’材料之间形成脆性相的温度；所述增材制造方法为同步材料送进的直接能量沉积方法，所述直接能量沉积方法为激光立体成形方法；所述高能束为激光束；所述温度控制的方法为对A材料—A’-B’材料结构施加水冷；所述高能束金属增材制造中均在氩气气氛保护下进行；所述高能束金属增材制造中设定激光功率1200W，扫描速度1200mm/min，光斑直径3mm，搭接率50％，层间停留时间10s，抬升量0.15mm，送粉率3g/min。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对难相容异质金属材料复杂构件进行三维建模与结构分析，确定异质金属之间的连接界面，得到异质金属构件的过渡区结构；所述难相容异质金属材料复杂构件包括两种不同金属材料，所述两种不同的金属材料分别为A材料和B材料；

步骤二、根据步骤一中得到的过渡区结构对A’材料和B’材料进行制备加工，得到过渡区结构中的A’材料结构和B’材料结构；所述A’材料与A材料相同或A’材料与A材料为相容性良好的材料，所述B’材料与B材料相同或B’材料与B材料为相容性良好的材料；所述A材料和A’材料的材质为钢、钛合金、铝合金、铜合金、镍基高温合金中的一种或两种，所述B材料和B’材料的材质为钢、钛合金、铝合金、铜合金、镍基高温合金中的一种或两种；所述过渡区结构中的A’材料结构厚度为5mm~30mm，所述过渡区结构中的B’材料结构厚度为2mm~7mm；过渡区结构不仅包括两种难相容异质金属以平面形式连接，也能兼容两种难相容异质金属以波浪形或锯齿形连接，两种难相容异质金属的接触面包括矩形、圆形或圆环形；

步骤三、将步骤二中得到的A’材料结构和B’材料结构进行连接，得到A’-B’材料过渡区结构；

步骤四、在步骤三中得到的A’-B’过渡区结构的A’材料一侧，采用高能束金属增材制造方法制备A材料复杂结构，得到A材料—A’-B’材料结构；所述高能束金属增材制造方法制备过程中进行温度控制，所述温度控制为使高能束金属增材制造中A’-B’材料过渡区结构的温度不超过A’材料和B’材料之间形成脆性相或产生开裂的温度；所述温度控制的方法为对A’-B’ 材料过渡区结构施加水冷；

步骤五、在步骤四中得到的A材料—A’-B’材料结构的B’材料一侧，采用高能束金属增材制造方法制备B材料复杂结构，得到难相容异质材料复杂构件；所述高能束金属增材制造方法制备过程中进行温度控制，所述温度控制为使高能束金属增材制造中A’-B’材料过渡区结构的温度不超过A’材料和B’材料之间形成脆性相或产生开裂的温度；所述温度控制的方法为对A’-B’ 材料过渡区结构施加水冷。

2.根据权利要求1所述的一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，步骤二中所述制备加工的方式为：金属增材制造或传统方式加工，所述传统方式加工为铸造和/或锻造。

3.根据权利要求1所述的一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，步骤三中所述连接方法为爆炸焊、扩散焊或钎焊。

4.根据权利要求1所述的一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，步骤四和步骤五中所述高能束为激光束、电弧、电子束或等离子束。

5.根据权利要求1所述的一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，步骤四和步骤五中所述增材制造方法为粉末床铺粉方式的选区熔化方法或同步材料送进的直接能量沉积方法，所述选区熔化方法为激光选区熔化方法或电子束选区熔化方法，所述直接能量沉积方法为激光立体成形方法，电弧送丝增材制造方法或电子束送丝增材制造方法。

6.根据权利要求1所述的一种难相容异质金属材料复杂构件的高能束制造方法，其特征在于，步骤四和步骤五中所述高能束金属增材制造均在氩气或氮气气氛保护下进行。

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