CN115178734A - 一种颗粒型双/多金属复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种颗粒型双/多金属复合材料及其制备方法。本发明的制备方法包括：S1：分别对金属基体和至少一种金属颗粒粉末进行预处理；S2：利用激光束以预设加工路径对金属基体进行加热以形成熔池，同时利用载气和粉路通道设计将至少一种金属颗粒粉末同轴地送至激光束下方并进入熔池，通过不与金属基体产生反应的气体在熔池外周形成保护氛围，在金属基体上形成双/多金属复合层；S3：重复步骤S2，在单一道次双/多金属复合层的两侧搭接下一加工道次的双/多金属复合层，制得颗粒型双/多金属复合材料。上述制备方法不受空间限制地制备具有不同分布特征和一定厚度的的颗粒型双/多金属复合材料，并且能够提高和改善金属基体的表面综合性能。

Description

一种颗粒型双/多金属复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，尤其是涉及颗粒型双/多金属复合材料及其制备方法。

背景技术

双金属或多金属复合材料是通过一定的制备方法将两种或多种具有不同物理、化学、力学性能的金属，在微观界面上实现牢固的冶金结合的一种新型复合材料。双/多金属复合材料能够综合双/多基体金属的电、热、磁性能、腐蚀性能、耐磨性、焊接性、成形性、密度、低成本、外观等特征，比单一基体的金属材料具有更优良的综合性能，广泛应用于航空航天、汽车、移动通讯、半导体、电力、散热、建筑装饰、生活电器等领域。

以双金属复合材料为例，研究主要集中在层状双金属复合材料和颗粒型双金属复合材料；其中，层状双金属复合材料是层状基体A金属和层状复合材料B金属的结合，结合面为层状；颗粒型双金属复合材料是以金属A为基体，颗粒型金属B为复合相，以一定的分布方式存在基体金属A中，复合材料结合面为颗粒金属B的外表面。

层状双/多金属复合材料作为结构材料承载时，在层状界面处往往容易发生剥离，一旦剥离，损伤将快速扩展；而颗粒型双/多金属复合材料，由于颗粒分散在基体中，增加了接触面，往往具有更好的强度等综合性能，而且破坏方式较为缓和。

常见颗粒型双金属复合材料主要的获得方式是铸造法、铸轧法，或者铸造法基础上再进行塑性变形或者通过机械球磨复合粉末冶金法。以上制备方法主要针对制备整体复合材料，而实际工程应用中，往往需要对基体金属表面进行制备双/多金属复合材料。

基于以上工程需求，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种颗粒型双/多金属复合材料及其制备方法，该制备方法制备方法不受空间限制地制备具有不同分布特征和一定厚度的的颗粒型双/多金属复合材料，并且能够提高和改善金属基体的表面综合性能。

本发明提供一种颗粒型金属复合材料的制备方法，包括如下顺序进行的步骤：

S1：分别对金属基体和至少一种金属颗粒粉末进行预处理；

S2：利用激光束以预设加工路径对金属基体进行加热以形成熔池，同时利用载气和粉路通道设计将至少一种金属颗粒粉末同轴地送至激光束下方并进入熔池，通过不与基体产生反应的气体在熔池外周形成保护氛围，在金属基体上形成双/多金属复合层；

S3：重复步骤S2，在单一道次双/多金属复合层的两侧搭接下一加工道次的双/多金属复合层，制得颗粒型双/多金属复合材料。

进一步地，步骤S1中，金属基体的材质可以为金属或合金，例如选自镁、镁合金、铝、铝合金、锌、锌合金、铁、铁合金、钛、钛合金、镍、镍合金等；优选地，金属基体的熔融温度可以为500-2500℃。

进一步地，步骤S1中，金属颗粒粉末的材质可以选自铝、铝合金、铁、铁合金、锌、锌合金、铜、铜合金、钛、钛合金、镍、镍合金、钼、钼合金、钨、钨合金等；优选地，金属颗粒粉末的尺寸可以为20-120微米。

本发明的材料包括一种金属基体A，金属基体A包括但不限于纯金属、金属合金，优选为常见的镁及镁合金、铝及铝合金、锌及锌合金、铁及铁合金、钛及钛合金、镍及镍合金等，状态包括但不限于铸造状态、热处理状态、塑性变形状态等，结构包括但不限于平面、空间曲面。

本发明的材料还包括单一金属颗粒粉末B或多种金属粉末混合C；金属粉末涵盖常用的金属，包括但不限于铝及铝合金粉、铁及铁合金粉、锌及锌合金粉、铜及铜合金粉、钛及钛合金粉、镍及镍合金粉、钼及钼合金粉、钨及钨合金粉等；粉末形态包括但不限于球形粉、异形粉、均匀粉、非均匀粉等；金属颗粒粉末的尺寸范围可以为20-120微米，当需要选择纳米金属粉时，可将纳米粉制备成团聚态，团聚后的粉末颗粒尺寸范围可以为20-100微米。

具体地，单一金属颗粒粉末B包括但不限于纯金属、金属合金、高熵合金，例如铝及铝合金粉、铁及铁合金粉、锌及锌合金粉、铜及铜合金粉、钛及钛合金粉、镍及镍合金粉、钼及钼合金粉、钨及钨合金粉等，颗粒的形状包括但不限于球形颗粒、异形颗粒等，颗粒的状态包括但不限于雾化粉、机械球磨粉、破碎粉等，颗粒的尺寸包括但不限于均一尺寸、多尺寸颗粒等，颗粒的(平均)直径范围为20-120微米，颗粒占制得的颗粒型金属复合材料的体积分数范围根据不同性能需求可以设置为5-90％。

多种金属粉末混合C包括但不限于纯金属、金属合金、高熵合金中的一种或多种组合，多种颗粒的形状包括但不限于多种球形粉、多种异形粉、混合形态粉，多种颗粒的尺寸包括但不限于均一尺寸、多尺寸颗粒，多种颗粒的混合方式包括但不限于等质量比例混合、等体积比例混合和梯度质量比例、梯度体积比例混合，混合方式包括但不限于多种金属粉末混合C的颗粒先混合再同步加入、多种颗粒分别独立控制地异步加入等，颗粒的(平均)直径范围为20-120微米，颗粒占制得的颗粒型金属复合材料的体积分数范围根据不同性能需求可以设置为5-90％。

在采用激光加工前，需要清洗金属基体A表面的氧化层及油污并烘干，对于单一金属颗粒粉末B或多种金属粉末混合C也需要进行烘干，烘干温度及烘干其他氛围视金属基体A、单一金属颗粒粉末B或多种金属粉末混合C的活性、热物性能、体积形状而定。

具体地，对金属基体的预处理可以包括：将切割好的金属基体浸泡于有机溶剂中以去除表面油污，随后对金属基体进行清洗、干燥；优选地，有机溶剂可以为丙酮等，浸泡时间可以为4-6min；优选地，干燥在真空氛围中进行，干燥温度为90-110℃，干燥时间为40-80min。对金属颗粒粉末的预处理可以包括：对金属颗粒粉末进行干燥；优选地，干燥在真空或空气氛围中进行；优选地，干燥温度为80-110℃，干燥时间为1-2h。例如，5mm厚的镁合金块状基体的烘干温度可以为100℃左右，烘干时间可以为1h左右，可以在真空氛围烘干；纯钛颗粒的烘干温度可以为100-110℃，烘干时间可以为1-2h，可以真空或空气氛围烘干。

本发明上述制备方法采用的制备系统可以包括激光加工系统、送粉系统、气体氛围保护系统、冷却系统、装夹系统等。

激光加工系统可以包括激光器、光路和机器人手臂，在机器人手臂上集成有激光加工头，在激光加工头中内置有保护气通道、载气粉末流道和循环冷却水通道。

更具体地，激光加工系统包括激光器、光路、聚焦调焦镜组、多自由度加工机器人手臂(简称机器人手臂)，机器人手臂上集成激光加工头，在激光加工头内置保护气通道、载气粉末流道和循环冷却水通道等。上述激光加工系统可实现调节激光光斑直径、激光功率、激光频率(包含连续激光和脉冲激光)、激光扫描速度、激光扫描路径(包含直线、平面曲线、空间曲线等)等，由多自由度加工机器人手臂控制的激光头可作多自由度移动和转动等，该激光加工系统可加工平面和空间曲面。

送粉系统可以设置一个以上，每一送粉系统利用载气将一种金属颗粒粉末送至激光加工头的载气粉末流道。

更具体地，送粉系统的前端可以设置为自动送粉器，包括但不限于单筒送粉器、双筒送粉器等；送粉系统的中端可以设置为送粉通路，包括但不限于使用各类型导管及联接头、分流接头等；送粉系统的终端为激光加工头内置的载气粉末流道，包括但不限于三流道、四流道、六流道、八流道等。送粉系统中端的送粉通路将粉末颗粒送入激光加工头内置载气粉末流道的起始端，通过流道设计将载气所送粉粒经过分流和汇聚最终送达激光加工头下方所需位置再进入熔池，形成与激光同轴的完整送粉系统。利用上述送粉系统可以将一种或多种金属颗粒粉末基于载气方式输送到与激光同轴的指定位置，金属颗粒粉末经过分流和汇聚后最终被载气送入熔池。

气体氛围保护系统主要用于对熔池及其周围进行保护，防止高温条件下金属氧化等缺陷，一般采用惰性气体氛围保护，当需要惰性气体保护时，一般运送粉末颗粒的载气也选择惰性气体；特殊条件下，例如基体和金属颗粒高温下不易产生氮化脆性时，可考虑氮气作为保护气和载气，此外二氧化碳在一定条件下也可作为保护气和载气。

装夹系统可以包括工作台、导轨、定位、工装夹具等，通过上述装夹系统，可以实现对不同形状的金属基体进行固定、定位、装夹等。

在本发明的制备方法中，可在平面/曲面金属基体A的单面制备复合材料涂层，可在平面/曲面金属基体A的多面/曲面制备复合材料表层，在一定厚度的平面/曲面金属基体A的相对面双面制备一体复合材料体。

在本发明的制备方法中，激光加工系统根据金属颗粒粉末加入的种类、热物性能、尺寸、送粉率以及金属基体的种类和相应的热物性能设定合适的熔池温度，并以此确定激光的能量密度范围，一般调整熔池温度在金属基体熔点和沸点范围基础上+200℃的范围，实际激光成形加工过程中需要考虑金属颗粒粉末注入后对熔池温度的影响，基于此激光功率推荐范围为1000-4000W，激光扫描速度推荐范围为0.3-3.0m/min。

在本发明的制备方法中，采用激光法制备时，激光光斑直径可以设置为2-5mm，一次扫描获得的复合材料的宽度有限，需要通过多道次搭接来制备复合材料面(平面或空间曲面)，道次间的搭接率视设计的颗粒分布以及所采用的具体激光制造工艺而定，搭接率可以控制为5-30％。

在本发明的制备方法中，在一定厚度的平面/曲面金属基体A制备颗粒型双/多复合材料体时，涉及到第一面和其相对面的搭接问题，可根据具体需要以及第一面成形颗粒的分布情况确定双面的搭接率，一般双面搭接率可以控制为5-30％。

在本发明的制备方法中，在颗粒作为原料进行激光加工过程中，所提供的热能量使金属基体A熔化形成熔池，而单一金属颗粒粉末B或多种金属粉末混合C不熔化或仅仅熔化少部分，以保持颗粒(平均)直径范围在20-120微米，当金属颗粒粉末是纳米团聚态时，所形成的纳米团聚颗粒经过激光加工在熔池中或保留团聚态的尺寸或由于热作用以及毛细作用将团聚态粉末分散成纳米态或微纳米态。

在本发明的制备方法中，激光所提供的热能量使金属基体A与单一金属颗粒粉末B或多种金属粉末混合C能够发生冶金结合，冶金结合的方式包括但不限于金属基体A中纯金属或者金属基体A中合金元素与单一金属颗粒粉末B或多种金属粉末混合C中的一种或多种发生冶金结合，以实现颗粒型双/多金属复合涂层或复合材料具有一定的强度。

本发明的制备方法为同轴送粉式激光熔覆增材制造，激光增材制造工艺参数视金属基体A的熔点、沸点、散热系数、比热容等热物性能以及与之匹配的单一金属颗粒粉末B或多种金属粉末混合C的热物性能确定；一般地，激光功率范围为1000-4000W，光斑直径为2-5mm，激光扫描速度范围为0.3-3.0m/min。

在本发明的制备方法中，颗粒粉末采用载气送粉的方式进行，一般采用惰性气体为载气流，特定情况也可选择非惰性气体作为载气流，送粉速度视单一金属颗粒粉末B或多种金属粉末混合C的密度以及预期颗粒体积分数等确定；一般地，送粉速度范围为0.5-30.0g/min。

在本发明的制备方法中，当多种金属粉末混合C中的每一种颗粒的密度较接近时，多金属颗粒粉末可以选择先混合多种金属颗粒，再采用载气法同步送混合颗粒粉末；当多种金属粉末混合C中的多中颗粒的密度有一两种差异较大时，可将差异较大的颗粒粉末独立控制送入气路，其余相差不大的颗粒粉末混合后送入气路，或者对多种粉末颗粒分别采用独立控制送入激光头内置流道的异步送粉方式，再根据最终设计的多金属颗粒在基体中的分布形态，分别调整各气路金属颗粒的送粉速率、激光头内置送粉流道设计、送粉时间、送粉位置等参数。

本发明还提供一种颗粒型金属复合材料，按照上述制备方法制得。

本发明的颗粒型金属复合材料内部颗粒分布特征包括但不限于：一种颗粒均匀分布、一种颗粒(近)梯度分布、一种颗粒随机分布、多种颗粒均匀分布、多种颗粒(近)梯度分布、多种颗粒随机分布。

本发明的颗粒型金属复合材料内部显微组织特征在于：基体相经过激光快速冷却加工，与普通铸态显微组织相比具有明显细化的特征；内部的颗粒相的特征在于完全不熔化、或与基体及基体中的合金元素发生化学反应、或由于加入的颗粒具有孔隙而保留颗粒内孔隙或孔隙范围增大或团聚的纳米粉在熔池中分散等。

本发明的颗粒型金属复合材料内部颗粒与基体的连接方式包括但不限于：机械包覆、金属合金元素冶金结合、金属合金元素固溶、(双)多金属形成金属间化合物过渡层。

本发明的颗粒型金属复合材料最终的成形状态包括：激光成形过程包括平面成形、曲面成形、单一道次成形、多道次搭接成形、单面成形、多面成形等匹配方式。

本发明的颗粒型金属复合材料的性能根据材料体系、颗粒体系以及应用场景，分别或同时采用室温拉伸力学性能测试、高温拉伸力学性能测试、三点弯曲试验、显微硬度测试、摩擦磨损试验、冲击试验等力学性能试验；阻尼试验、热导率试验等物理特性试验；生物医学血液相容性试验、生物毒性试验、模拟体液耐腐蚀试验、动态体液冲蚀试验等生物学相关试验进行性能表征。

本发明提出采用激光载气送粉法制备颗粒型双/多金属复合材料，在基体表面运用时，可提高和改善表面综合性能；在基体正反两面运用时，可制备一定厚度的复合材料体。

本发明的实施，至少具有以下优势：

1、本发明颗粒型金属复合材料的制备方法无需增加外场条件，通过以同轴载气送粉的方式，可以一体化成形制备具有一种或多种颗粒分布型的双/多金属复合材料，可应用于材料成形制备和材料修复；

2、本发明的颗粒型金属复合材料可作为表面改性方案，针对不同应用场景配合不同金属基体和颗粒种类、颗粒类型、颗粒分布方式等，以实现不同表面功能，其制备成形不受基体尺寸空间的影响，所制备的颗粒型双/多金属复合材料经过使用后，磨损或损伤等发生后具有一定的可修复性；

3、本发明的颗粒型金属复合材料可制备经过双面激光成形加工，可获得一定厚度的颗粒型双/多金属复合材料，并且在该材料体局部出现磨损等问题时，可采用相近工艺局部修复。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为颗粒型金属复合材料的制备过程示意图；其中：a为单道次；b为多道次；

图2为单面激光成形的钛颗粒/镁基双金属复合材料的光学显微组织；

图3为钛颗粒/镁基双金属复合材料的横截面SEM图；

图4为镁合金基体和钛颗粒/镁基双金属复合材料的摩擦系数随时间变化图；

图5为钛-铝颗粒多金属镁基复合材料显微硬度沿着焊缝深度方向分布图；其中：a为显微图；b为显微硬度分布图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1钛颗粒/镁基双金属复合材料单面成形

本实施例金属基体A选择铸态镁稀土(Mg-RE)镁合金，单一金属颗粒粉末B选择纯金属Ti粉末(TA0)，采用激光同步送粉法，选择15道次搭接单面成形工艺，制备钛颗粒/镁基双金属复合材料。

在铸态Mg-RE合金表面制备钛颗粒型双金属复合材料的过程参见图1，纯金属Ti粉末颗粒最终经过激光加工头内置的流道汇聚于激光加工头下方所需位置，形成完整的同轴送粉系统，具体步骤如下：

第一步：将切割好的板状镁合金基体浸泡在丙酮中约5分钟以去除表面油污等，将镁合金板从丙酮中取出后经清水清洗、干燥。

第二步：选择易于流动的球形纯钛颗粒作为颗粒材料，TA0颗粒粒度范围为30-100μm，将TA0均匀铺在烘干箱中进行干燥处理，干燥环境为真空，干燥温度为110℃，干燥时间为1-2h。

第三步：将干燥好的纯钛颗粒放置于盘式送粉器内，测试载气流量与送粉量的关系，然后按照工艺要求设定载气流量。

第四步：将镁合金板采用装夹系统固定于工作台上。

第五步：测试激光加工系统，调试好离焦量、激光光斑直径，根据需要可设定离焦量为0，激光光斑直径为2mm。

第六步：根据需要，设定激光加工机器人臂的运动轨迹，如使用直线加工轨迹，确定起始点和结束点，确定道次间偏移量(由搭接率确定)，同时根据需要设定激光功率和扫描线速度，本实施例中采用激光功率2000W，扫描线速度0.9m/min。

第七步：根据以上激光工艺范围设定保护气氛，选择氦气作为惰性保护气，激光中心保护气氛的气流量为10L/min。

第八步：具体激光加工过程中，采用循环水冷却系统，对激光加工系统内部进行冷却。

第九步：根据需要设定道次间搭接率，一般可根据形成的熔池熔宽熔深等特征设定，搭接率可简单以两焊缝重叠交叉距离除以两焊缝熔宽计算，搭接率设置为20％。

第十步：根据需要制备的钛颗粒型双金属复合材料的宽度和搭接率确定搭接道次，本实施例中选择15道次搭接，即制得钛颗粒/镁基双金属复合材料。

图2为单面激光成形钛颗粒/镁基双金属复合材料的光学显微组织，其中白色圆形颗粒为Ti颗粒，基体为镁合金；图3为钛颗粒/镁基双金属复合材料的横截面SEM图，其中球形颗粒为Ti颗粒，基体为镁合金。

将上述制备的钛颗粒/镁基双金属复合材料在高速高温摩擦磨损试验机(UMT-Tribolab，布鲁克)上进行滑动干摩擦试验，测试参数条件为：室温、低速线性往复10mm/s，摩擦载荷15N，摩擦时间10min，摩擦副Si₃N₄。

镁合金基体和钛颗粒/镁基双金属复合材料摩擦系数随时间的变化如图4所示；图4结果表明：上述制备的钛颗粒/镁基双金属复合材料跑和阶段更加稳定，具有更稳定的摩擦过程。

实施例2镁基钛-铝颗粒多金属复合材料单面成形

本实施例金属基体A选择铸态商用(Mg-RE)镁合金，多种金属粉末混合C选择纯金属Ti粉末和纯金属Al粉末，采用激光同步送粉法，选择20道次搭接单面成形工艺，制备镁基钛-铝颗粒多金属复合材料。

在铸态Mg-RE合金表面制备钛颗粒型双金属复合材料的具体步骤如下：

第一步：将切割好的板状镁合金基体浸泡在丙酮中约5分钟以去除表面油污等，将镁合金板从丙酮中取出后经清水清洗、干燥。

第二步：选择易于流动的球形纯钛颗粒和纯铝颗粒作为颗粒材料，颗粒粒度范围选择为40-70μm，将纯钛和纯铝两种颗粒粉分别均匀铺在烘干箱中进行干燥处理，干燥环境为真空，干燥温度为110℃，干燥时间为1-2h。

第三步：将干燥好的纯钛颗粒放置于送粉器的a盘内，将干燥好的纯铝颗粒放置于送粉器的b盘内，分别测试载气流量与钛粉和铝粉送粉量的关系，然后按照工艺要求分别设定a盘和b盘送粉的载气流量。

第四步：将镁合金板采用装夹系统固定于工作台上。

第五步：测试激光加工系统，调试好离焦量、激光光斑直径，根据需要可设定离焦量为-1mm，激光光斑直径为2.5mm。

第六步：根据需要，设定激光加工机器人臂的运动轨迹，如使用直线加工轨迹，确定起始点和结束点，确定道次间偏移量(由搭接率确定)，同时根据需要设定激光功率和扫描线速度，本实施例中采用激光功率2500W，扫描线速度0.9m/min。

第七步：根据以上激光工艺范围设定保护气氛，选择氦气作为惰性保护气，激光中心保护气氛的推荐气流量为15L/min。

第八步：具体激光加工过程中，采用循环水冷却系统，对激光加工系统内部进行冷却。

第九步：根据需要设定道次间搭接率，一般可根据形成的熔池熔宽熔深等特征设定，搭接率可简单以两焊缝重叠交叉距离除以两焊缝熔宽计算，搭接率为15-20％。

第十步：根据需要制备的钛-铝颗粒多金属镁基复合材料宽度和搭接率确定搭接道次，即制得镁基钛-铝颗粒多金属复合材料。

图5为镁基钛-铝颗粒多金属复合材料从焊缝自由端面到熔池底部以及到基体的显微硬度分布；图5结果表明：通过Ti颗粒和Al颗粒的引入，显著提高基体的显微硬度，复合材料力学性能明显提高。

实施例3钛基铝颗粒双金属复合材料双面成形

本实施例金属基体A选择铸态钛合金(TC4)平板，厚度5mm，单一金属颗粒粉末B选择纯金属Al粉末，采用激光同步送粉法，选择20道次搭接单面成形后再翻转另一面，进行双面激光加工，制备钛基铝颗粒双金属复合材料。

在铸态TC4钛合金双面制备Al颗粒型双金属复合材料体的具体步骤如下：

第一步：将切割好的5mm厚平板状钛合金基体浸泡在丙酮中约5分钟以去除表面油污等，将TC4板从丙酮中取出后经清水清洗、干燥。

第二步：选择易于流动的球形纯Al颗粒作为颗粒材料，颗粒粒度范围选择为45-70μm，将纯铝颗粒粉均匀铺在烘干箱中进行干燥处理，干燥环境为真空，干燥温度为110℃，干燥时间为1-2h。

第三步：将干燥好的纯Al颗粒放置于送粉器的盘内，测试载气流量与铝粉送粉量的关系，然后按照工艺要求设定载气流量。

第四步：将TC4板采用装夹系统固定于工作台上。

第五步：测试激光加工系统，调试好离焦量、激光光斑直径，根据需要可设定激光光斑直径为3mm。

第六步：根据需要，设定激光加工机器人臂的运动轨迹，如使用直线加工轨迹，确定起始点和结束点，确定道次间偏移量(由搭接率确定)，同时根据需要设定激光功率和扫描线速度，本实施例中采用激光功率2800W，扫描线速度1.2m/min。

第七步：根据以上激光工艺范围设定保护气氛，选择氦气作为惰性保护气，激光中心保护气氛的推荐气流量为10L/min。

第八步：具体激光加工过程中，采用循环水冷却系统，对激光加工系统内部进行冷却。

第九步：根据形成的熔池熔宽熔深等特征设定道次间搭接率，道次间搭接率可简单以两焊缝重叠交叉距离除以两焊缝熔宽计算，道次间搭接率为15％。

第十步：根据焊缝熔深确定第一面和第二面的搭接率，搭接率为5-15％，由此设定激光功率和扫描线速度来控制第二面的熔深，其他工艺参数可与第一面制备工艺相同或相近，并依次重复第四步至第九步的步骤制备第二面的20道次搭接，即制得钛基铝颗粒双金属复合材料体。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种颗粒型双/多金属复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下顺序进行的步骤：

S1：分别对金属基体和至少一种金属颗粒粉末进行预处理；

S2：利用激光束以预设加工路径对金属基体进行加热以形成熔池，同时利用载气和粉路通道设计将至少一种金属颗粒粉末同轴地送至激光束下方并进入熔池，通过不与基体产生反应的气体在熔池外周形成保护氛围，在金属基体上形成双/多金属复合层；

S3：重复步骤S2，在单一道次双/多金属复合层的两侧搭接下一加工道次的双/多金属复合层，制得颗粒型双/多金属复合材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，金属基体的材质为金属或合金；

优选地，选自镁、镁合金、铝、铝合金、锌、锌合金、铁、铁合金、钛、钛合金、镍和镍合金中的一种；

优选地，金属基体的熔融温度为500-2500℃。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，对金属基体的预处理包括：将切割好的金属基体浸泡于有机溶剂中以去除表面油污，随后对金属基体进行清洗、干燥；

优选地，干燥在真空氛围中进行；

优选地，干燥温度为90-110℃，干燥时间为40-80min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，金属颗粒粉末的材质选自铝、铝合金、铁、铁合金、锌、锌合金、铜、铜合金、钛、钛合金、镍、镍合金、钼、钼合金、钨和钨合金中的至少一种；

优选地，金属颗粒粉末的尺寸为20-120微米。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，对金属颗粒粉末的预处理包括：对金属颗粒粉末进行干燥；

优选地，干燥在真空或空气氛围中进行；

优选地，干燥温度为80-110℃，干燥时间为1-2h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，控制激光光斑直径为2-5mm，激光功率为1000-4000W，激光扫描速度为0.3-3.0m/min；控制金属颗粒粉末的送粉速度为0.5-30.0g/min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在金属基体上方设有激光加工系统，激光加工系统包括激光器、光路和机器人手臂，在机器人手臂上集成有激光加工头，在激光加工头中内置有保护气通道、载气粉末流道和循环冷却水通道。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在金属基体上方设有至少一个送粉系统，每一送粉系统利用载气将一种金属颗粒粉末送至激光加工头的载气粉末流道。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，搭接率控制在5-30％。

10.一种颗粒型金属复合材料，其特征在于，按照权利要求1-9任一所述的制备方法制得。

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