CN115216764A - 激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法 - Google Patents

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CN115216764A CN202210837900.6A CN202210837900A CN115216764A CN 115216764 A CN115216764 A CN 115216764A CN 202210837900 A CN202210837900 A CN 202210837900A CN 115216764 A CN115216764 A CN 115216764A
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戴国庆
郭艳华
李峰
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    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

本发明提供一种激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，通过搅拌摩擦处理同步在激光熔化沉积增材制造中，利用搅拌摩擦处理的强塑性变形促使沉积态组织发生晶粒机械破碎，从而获得超细晶组织结构；重复沉积过程使得原先发生强塑性变形的组织发生回复再结晶及晶粒长大，利用不同跨度搅拌摩擦处理使得沉积态组织晶粒梯度有序构筑，最终实现梯度材料的制备。本发明的方法能够有序的控制梯度材料组织均匀性，可控性强，所得梯度材料的性能优异。

Description

激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法
技术领域
本发明涉及有色金属加工技术领域，具体而言涉及一种激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法。
背景技术
梯度材料的组成和结构随体积逐渐变化，导致材料性能的相应变化，因此，这些材料可以被设计用于特定的功能和应用。随着金属材料制备工艺的不断发展，梯度材料成为目前航空航天工业、海洋工程以及核电工程等高技术领域所必需的材料，梯度材料能够满足在极限环境下能反复地正常工作。
梯度材料常见的制备方法包括粉末冶金、等离子喷涂以及增材制造，其中，将超级粉末与较粗粉末进行混合后热压烧结的粉末冶金制备梯度材料方法运用广泛，但增材制造方法被认为是制备梯度材料最有前景的工艺之一。
粉末冶金制备梯度材料能够获得的合金构件性能较为优异，但是从组织结构中可以看出，由于热压烧结中由于元素扩散不均，导致的梯度均匀化难以控制，梯度材料的层次不均使得梯度材料的性能得不到最佳体现。
用微米粉末及纳米粉末的不同粒径复合激光熔化沉积制备梯度材料的方法，由于其熔化沉积过程中存在熔化凝固过程，自发形核和非自发形核的控制难度较大，制备的梯度材料也存在梯度化不均匀分布。
通过不同丝材的电弧增材制造，调整控制丝材的送丝速度以及丝材种类来实现梯度材料的制造，类似上述激光熔化沉积，但该过程避免不了熔化-凝固的过程，其组织均匀性控制相对较差。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，该方法能够有序的控制梯度材料组织均匀性，可控性强，所得梯度材料的性能优已。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，具体包括以下步骤：
S1、根据切片软件输出的待加工对象的N层沉积层的打印参数，采用送粉式激光增材制造工艺进行加工，将合金粉末进行熔化沉积，得到第i层沉积层，并对第i层沉积层进行搅拌摩擦处理，通过搅拌头与沉积层的摩擦搅拌作用使第i层沉积层的晶粒机械破碎，得到超细晶粒；i＝1,2,3,…,N；
S2、在处理后的第i沉积层表面继续熔化沉积增材制造，获得第i+1层沉积层，对第i+1层沉积层进行搅拌摩擦处理，通过搅拌头与沉积层的摩擦搅拌作用使第i+1层沉积层的晶粒机械破碎，得到超细晶粒；
S3、依次重复步骤S1和S2，通过逐层生长的方式进行沉积成型，直至完成第N沉积层制备，得到成型构件；
其中，在继续熔化沉积的过程中，通过熔化沉积的热传递，第i层沉积层从顶部至底部因受热呈现逐步降低的趋势，从而在第i层沉积层沿着沉积方向的组织呈现超细晶区、细晶区和柱状晶区的晶粒梯度。
在一些实施例中，以第一层沉积层和第二层沉积层为例，在继续熔化沉积(即第二层沉积层)的过程中，通过熔化沉积的热传递，第一层沉积层的顶层因受热较多，超细晶粒经过回复再结晶后长大为柱状晶状态；随着受热减少，第1层沉积层的中间的晶粒回复再结晶后晶粒长大为细晶状态；而第1层沉积层的底部受热较少，达不到回复再结晶温度，使得底部晶粒保留超细晶粒状态，从而促使第一沉积层沿着沉积方向的组织出现超细晶区、细晶区和柱状晶区的晶粒梯度。
优选的，所述超细晶区的晶粒尺寸为500nm-2μm。
优选的，细晶区的晶粒尺寸为1μm-20μm。
优选的，柱状晶区的晶粒尺寸为20μm-100μm。
优选的，每个沉积层的厚度与搅拌头的深度均相等。
优选的，搅拌头的深度为1-5mm。
优选的，搅拌摩擦处理的工艺参数如下：搅拌头直径为10-20mm，搅拌头转速为400-1800r/min，下压量为0.1-1mm，下压力为10000-50000N。
优选的，搅拌摩擦处理在打印过程中进行，当沉积层达到所需厚度后，此时以激光束为原点，打印方向为正向，搅拌头位于离激光束5-15cm的负向处进行搅拌摩擦处理。
优选的，搅拌摩擦处理在打印完成后进行，沉积层打印完成后暂停打印，对沉积层进行搅拌摩擦处理。
优选的，所述送粉增材制造工艺，被设置成根据合金构件参数确定送粉速度和激光功率参数，并根据此设定打印程序以进行构件的打印成型。
附图说明
图1是本发明的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法的工艺流程图。
图2是本发明的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法的加工示意图。
图3是本发明的材料的组织变化示意图。
图4是本发明的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备的梯度材料的最终组织示意图。
图5是本发明实施例2中步骤1-3所得的试样的金相测试图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。
大尺寸铝合金整体结构一体化增材制造已成为航空航天运载系统突破的关键核心技术，但铝合金由于其低激光吸收率、高导热率及氧化性等特殊物理特性，从本质上决定了铝合金激光熔化沉积的高难度，传统的激光熔化沉积铝合金不但组织粗大而且存在较大的宏微观缺陷(气孔、夹杂等)，从而导致其性能下降很难满足航空航天极端服役环境，即便是结合梯度材料也不能达到满意的效果。
鉴于此，本发明提供一种激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，通过搅拌摩擦处理同步在激光熔化沉积增材制造中，利用搅拌摩擦处理的强塑性变形促使沉积态组织发生晶粒机械破碎，从而获得超细晶组织结构；重复沉积过程使得原先发生强塑性变形的组织发生回复再结晶及晶粒长大，利用不同跨度搅拌摩擦处理使得沉积态组织晶粒梯度有序构筑，最终实现梯度材料的制备。
结合图1和图2，在本发明示例性的实施例中，提供一种激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，具体包括以下步骤：
S1、根据切片软件输出的待加工对象的N层沉积层的打印参数，采用送粉式激光增材制造工艺进行加工，将合金粉末进行熔化沉积，得到第i层沉积层，并对第i层沉积层进行搅拌摩擦处理，通过搅拌头与沉积层的摩擦搅拌作用使第i层沉积层的晶粒机械破碎，得到超细晶粒；i＝1,2,3,…,N；
S2、在处理后的第i沉积层表面继续熔化沉积增材制造，获得第i+1层沉积层，对第i+1层沉积层进行搅拌摩擦处理，通过搅拌头与沉积层的摩擦搅拌作用使第i+1层沉积层的晶粒机械破碎，得到超细晶粒；
S3、依次重复步骤S1和S2，通过逐层生长的方式进行沉积成型，直至完成第N沉积层制备，得到成型构件；
其中，在继续熔化沉积的过程中，通过熔化沉积的热传递，第i层沉积层从顶部至底部因受热呈现逐步降低的趋势，从而在第i层沉积层沿着沉积方向的组织呈现超细晶区、细晶区和柱状晶区的晶粒梯度。
其中，在继续熔化沉积的过程中，通过第i+1层的熔化沉积的热传递，使得第i层沉积层从顶部至底部因受热呈现逐步降低的趋势，从而在第i层沉积层沿着沉积方向的组织呈现超细晶区、细晶区和柱状晶区的晶粒梯度。
例如，在继续熔化沉积的过程中，通过熔化沉积的热传递，第一层沉积层的顶层因受热较多，超细晶粒经过回复再结晶后长大为柱状晶状态；随着受热减少，第一层沉积层的中间的晶粒回复再结晶后晶粒长大为细晶状态；而第一层沉积层的底部受热较少，达不到回复再结晶温度，使得底部晶粒保留超细晶粒状态，从而促使第一层沉积层沿着沉积方向的组织出现超细晶区、细晶区和柱状晶区的晶粒梯度。
在可选的实施例中，对于待加工的零件来说，可以根据商用切片软件处理获得的加工对象的N层沉积层的打印路径和打印参数，例如送粉量、层高、打印路径等。例如，可通过商用切片软件对三维的零件模型进行二维化处理，划分沉积层，规划送粉打印的路径和工艺，从而驱动打印设备进行逐层沉积，直到完成最后一层，即第N层的沉积成型。
在优选的实施例中，前述的超细晶区的晶粒尺寸为500nm-2μm。
在优选的实施例中，前述的细晶区的晶粒尺寸为1μm-20μm。
在优选的实施例中，前述的柱状晶区的晶粒尺寸大于20μm，尤其优选为20μm-100μm。
在优选的实施例中，每个沉积层的厚度与搅拌头的深度均相等。例如，搅拌头的深度为3mm，每一层沉积层的厚度设定为3mm。
在优选的实施例中，搅拌摩擦处理的工艺参数如下：
所选用的搅拌头直径为10-20mm，搅拌头转速为400-1800r/min，下压量为0.1-1mm，下压力为10000-50000N。
在另一个优选的实施例中，搅拌头的深度为1-5mm。
在优选的实施例中，如图2，搅拌摩擦处理在打印过程中进行，当沉积层达到所需厚度后，此时以激光束10为原点，打印方向为正向，用于搅拌摩擦处理的搅拌头20位于离激光束5-15cm的负向处进行搅拌摩擦处理。
例如，根据搅拌头的深度，需要打印三层沉积层才能进行搅拌摩擦处理，则在打印第三层沉积层时，在距离激光发生器5-15cm处，开始对沉积层进行搅拌摩擦处理。
在优选的实施例中，搅拌摩擦处理在打印完成后进行，即每一层的沉积层在打印完成后，暂停打印，通过搅拌摩擦的搅拌头(即加工头)对当前沉积成型的沉积层进行搅拌摩擦处理。
在优选的实施例中，送粉增材制造工艺，被设置成根据合金构件参数确定送粉速度和激光功率参数，并根据此设定打印程序以进行构件的打印成型。
本发明的实施例中，送粉式激光增材制造工艺为同轴送粉激光增材制造工艺。增材制造的工艺参数控制范围如下：
激光功率为1000-3000W，扫描速度为10-30mm/s，扫描间距为1-2mm，送粉速度为3-10g/min，保护舱氧含量≤200ppm。
在另一个优选的实施例中，增材制造过程中，扫描策略为：单轮廓扫描、蛇形往复和层间90°旋转中的一种，可根据所加工成型的零件类型、结构来确定。
本发明的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备的梯度材料，通过纳米梯度分级构建，实现沉积层由纳米到常规粗晶连续梯度过渡，梯度材料的晶粒组织沿沉积方向依次为超细晶区、细晶区和柱状晶区，再到超细晶粒区、细晶区和柱状晶区，如此循环，直至最上层为搅拌摩擦处理后的超细晶状态，得到晶粒组织呈连续循环梯度过渡的梯度材料。
通过不同晶粒区域的连续循环梯度过渡，克服了纳米级晶粒自身缺点，梯度材料具有更好的强塑匹配、抗裂纹扩展能力以及更高的疲劳性能；同时，由于其为复合增材制造的方式使得在航天大型一体化仓段以及飞机整体框架等方面应用，能够在极端服役环境下展现更高的服役性能，提高航空航天一体化结构件整体性能。
为了便于更好的理解，下面结合几个具体实例对本发明进行进一步说明，但加工工艺不限于此，且本发明内容不限于此。
以下实施例及对比例合金粉末以2024铝合金为例，打印尺寸长宽高为40mm*40mm*20mm的工件。
其中，所用微米级的合金粉末的粒径为53-150μm，纳米级合金粉末的粒径为100-150nm，合金粉末的具体成分如表1所示。
表1
Cu Mn Mg Cr Si Zn Al
3.8-4.9 0.30-1.0 1.2-1.8 0.10 0.50 0.25 余量
金属材料包括但不限于上述2024铝合金粉末，还可以是2024铝合金、2195铝合金、6061铝合金等其他的铝合金粉末，也可以是钛合金粉末(例如，TC4粉末TMCs粉末TA1粉末TC18粉末)，或者不锈钢粉末(例如，316L粉末)等。
【实施例1】
步骤一：设置FDM送粉增材制造设备的工艺参数：激光功率1600W、扫描速度10mm/s、扫描间距1.5mm、送粉速度6g/min、保护舱氧含量≤200ppm以及扫描策略为单轮廓扫描；将打印所需微米级2024铝合金粉末进行烘干处理后放入混粉器充分混合；
步骤二：将步骤一中的粉末运用于激光熔化沉积增材制造，采用送粉工艺进行3D打印，打印一层之后暂停打印，得到一层合金沉积层；
步骤三：采用数控系统对步骤二形成的沉积层进行搅拌摩擦处理，其中搅拌摩擦处理的参数为：搅拌头直径10mm，搅拌头深度1mm，搅拌头进给量350min/r、转速1500r/min、下压量0.2mm和下压力40000N；
步骤四：采用步骤一中送粉工艺进行3D打印，在步骤三处理后的沉积层表面继续打印，打印一层之后暂停打印，得到一层合金沉积层；
步骤五：采用步骤三中数控系统对步骤四形成的沉积层进行搅拌摩擦处理；
步骤六：重复步骤二、三、四、五打印和搅拌摩擦处理(搅拌摩擦处理为逐层处理)，直至构件完全成型；
步骤七：打印完成，待成型零件完全冷却(3-4h)打开舱门取出2024铝合金零件。
【实施例2】
步骤一：设置FDM送粉增材制造设备的工艺参数：激光功率1600W、扫描速度10mm/s、扫描间距1.5mm、送粉速度6g/min、保护舱氧含量≤200ppm以及扫描策略为单轮廓扫描；将打印所需微米级2024铝合金粉末进行烘干处理后放入混粉器充分混合；
步骤二：将步骤一中的粉末运用于激光熔化沉积增材制造，采用送粉工艺进行3D打印，打印两层，在第二层打印的过程中，搅拌头距离激光发生器5cm处，开始对沉积层进行搅拌摩擦处理；
步骤三：采用数控系统对步骤二形成的沉积层进行搅拌摩擦处理，其中搅拌摩擦处理的参数为：搅拌头直径20mm，搅拌头深度2mm，搅拌头进给量50min/r、转速400r/min、下压量0.5mm和下压力30000N；
步骤四：采用步骤一中送粉工艺进行3D打印，在步骤三处理后的沉积层表面继续打印，打印二层之后暂停打印，得到两层合金沉积层；
步骤五：采用步骤三中数控系统对步骤四形成的沉积层进行搅拌摩擦处理；
步骤六：重复步骤二、三、四、五打印和搅拌摩擦处理(搅拌摩擦处理为逐层处理)，直至构件完全成型；
步骤七：打印完成，待成型零件完全冷却(3-4h)打开舱门取出2024铝合金零件。
【实施例3】
步骤一：设置FDM送粉增材制造设备的工艺参数：激光功率1600W、扫描速度10mm/s、扫描间距1.5mm、送粉速度6g/min、保护舱氧含量≤200ppm以及扫描策略为单轮廓扫描；将打印所需微米级2024铝合金粉末进行烘干处理后放入混粉器充分混合；
步骤二：将步骤一中的粉末运用于激光熔化沉积增材制造，采用送粉工艺进行3D打印，打印三层之后暂停打印，得到三层合金沉积层；
步骤三：采用数控系统对步骤二形成的沉积层进行搅拌摩擦处理，其中搅拌摩擦处理的参数为：搅拌头直径10mm，搅拌头深度3mm，搅拌头进给量400min/r、转速1600r/min、下压量0.8mm和下压力20000N；
步骤四：采用步骤一中送粉工艺进行3D打印，在步骤三处理后的沉积层表面继续打印，打印三层之后暂停打印，得到三层合金沉积层；
步骤五：采用步骤三中数控系统对步骤四形成的沉积层进行搅拌摩擦处理；
步骤六：重复步骤二、三、四、五打印和搅拌摩擦处理(搅拌摩擦处理为逐层处理)，直至构件完全成型；
步骤七：打印完成，待成型零件完全冷却(3-4h)打开舱门取出2024铝合金零件。
【实施例4】
步骤一：设置FDM送粉增材制造设备的工艺参数：激光功率1600W、扫描速度10mm/s、扫描间距1.5mm、送粉速度6g/min、保护舱氧含量≤200ppm以及扫描策略为单轮廓扫描；将打印所需微米级2024铝合金粉末进行烘干处理后放入混粉器充分混合；
步骤二：将步骤一中的粉末运用于激光熔化沉积增材制造，采用送粉工艺进行3D打印，打印四层，在第四层打印的过程中，搅拌头距离激光发生器15cm处，开始对沉积层进行搅拌摩擦处理；
步骤三：采用数控系统对步骤二形成的沉积层进行搅拌摩擦处理，其中搅拌摩擦处理的参数为：搅拌头直径10mm，搅拌头深度4mm，搅拌头进给量350min/r、转速1500r/min、下压量1.0mm和下压力10000N；
步骤四：采用步骤一中送粉工艺进行3D打印，在步骤三处理后的沉积层表面继续打印，打印四层之后暂停打印，得到四层合金沉积层；
步骤五：采用步骤三中数控系统对步骤四形成的沉积层进行搅拌摩擦处理；
步骤六：重复步骤二、三、四、五打印和搅拌摩擦处理(搅拌摩擦处理为逐层处理)，直至构件完全成型；
步骤七：打印完成，待成型零件完全冷却(3-4h)打开舱门取出2024铝合金零件。
【实施例5】
步骤一：设置FDM送粉增材制造设备的工艺参数：激光功率1600W、扫描速度10mm/s、扫描间距1.5mm、送粉速度6g/min、保护舱氧含量≤200ppm以及扫描策略为单轮廓扫描；将打印所需微米级2024铝合金粉末进行烘干处理后放入混粉器充分混合；
步骤二：将步骤一中的粉末运用于激光熔化沉积增材制造，采用送粉工艺进行3D打印，打印五层之后暂停打印，得到五层合金沉积层；
步骤三：采用数控系统对步骤二形成的沉积层进行搅拌摩擦处理，其中搅拌摩擦处理的参数为：搅拌头直径10mm，搅拌头深度5mm，搅拌头进给量500min/r、转速1800r/min、下压量0.2mm和下压力50000N；
步骤四：采用步骤一中送粉工艺进行3D打印，在步骤三处理后的沉积层表面继续打印，打印五层之后暂停打印，得到五层合金沉积层；
步骤五：采用步骤三中数控系统对步骤四形成的沉积层进行搅拌摩擦处理；
步骤六：重复步骤二、三、四、五打印和搅拌摩擦处理(搅拌摩擦处理为逐层处理)，直至构件完全成型；
步骤七：打印完成，待成型零件完全冷却(3-4h)打开舱门取出2024铝合金零件。
【对比例】
步骤一：设置FDM送粉增材制造设备的工艺参数：激光功率1600W、扫描速度10mm/s、扫描间距1.5mm、送粉速度6g/min、保护舱氧含量≤200ppm以及扫描策略为单轮廓扫描；将打印所需的两种不同粉末粒径(微米级粉末，纳米级粉末)的2024铝合金粉末进行烘干处理后放入混粉器充分混合；
步骤二：将步骤一中的微米级和纳米级粉末运用于激光熔化沉积增材制造，采用送粉工艺进行3D打印，第一层采用微米级粉末，打印一层之后暂停打印，得到一层合金沉积层；
步骤三：第二层采用纳米级粉末，打印一层之后暂停打印，得到一层合金沉积层；
步骤四：重复步骤二、三进行不同粉末粒径的叠层打印，直至构件完全成型；
对比实施例1-5和对比例的成型零件进行拉伸测试、冲击测试，测试结果如表2所示。
表2
性能样品 抗拉强度MPa 延伸率％ 致密度％
实施例1 265 3.8 98.7
实施例2 245 4.6 98.5
实施例3 256 4.2 97.9
实施例4 261 3.9 98.1
实施例5 257 4.4 99.0
对比例 216 3.2 96.5
结合以上测试结果表明，通过搅拌摩擦处理复合激光熔化沉积制备的梯度材料(实施例1-5)，由于晶粒梯度的存在使得材料抗裂纹扩展能力增强，材料表现出来的拉伸性能以及抗冲击性能优于普通激光熔化沉积制备材料构件(对比例)。
本发明的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，通过在激光熔化沉积增材制造中复合搅拌摩擦处理技术，合金粉末熔化沉积得到沉积态组织，如图3的A部分，之后对沉积层部分进行搅拌摩擦处理，在搅拌摩擦的强塑变形下，搅拌头与沉积层摩擦搅拌作用使得沉积态组织晶粒受到机械破碎作用，从而使处理后的沉积层获得超细晶，如图3的B部分所示。
之后在处理后的沉积层表面继续沉积，如图3的C部分的位置4，在沉积过程中，由于激光熔化沉积带来的热传递，导致先前强塑性变形的后的沉积态组织晶粒发生了回复、再结晶及长大过程，顶层因受热较多，晶粒经过回复再结晶后长大为柱状晶，如图3的C部分的位置1，随着受热减少，中间的晶粒回复再结晶后晶粒略微长大为细晶，如图3的C部分的位置2，而底部受热较少，达不到回复再结晶温度，使得底部晶粒保留其超细组织如图3的C部分的位置3，从而促使该沉积层沿着沉积方向的组织出现明显的晶粒梯度。
通过重复熔化沉积，并对每一个沉积层的搅拌摩擦处理，利用不同跨度搅拌摩擦处理使得沉积态组织晶粒梯度有序构筑，得到所需梯度材料，如图4所示。
结合图5所示，对实施例2的通过步骤1-3的得到的试样进行微观组织测试，结果如图5所示，从图中可以明显看出，试样沿沉积方向组织出现超细晶区(如图5的位置A)、细晶区(如图5的位置B)和柱状晶区(如图5的位置C)的晶粒梯度。可见，本发明的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，通过搅拌摩擦处理同时解决了金属合金激光熔化沉积过程中形成的夹杂、气孔及裂纹等缺陷，显著提高组织的致密度，构件内部无明显缺陷，提高了构件的质量和综合性能。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (11)

1.一种激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、根据切片软件输出的待加工对象的N层沉积层的打印参数，采用送粉式激光增材制造工艺进行加工，将合金粉末进行熔化沉积，得到第i层沉积层，并对第i层沉积层进行搅拌摩擦处理，通过搅拌头与沉积层的摩擦搅拌作用使第i层沉积层的晶粒机械破碎，得到超细晶粒；i＝1,2,3,…,N；
S2、在处理后的第i沉积层表面继续熔化沉积增材制造，获得第i+1层沉积层，对第i+1层沉积层进行搅拌摩擦处理，通过搅拌头与沉积层的摩擦搅拌作用使第i+1层沉积层的晶粒机械破碎，得到超细晶粒；
S3、依次重复步骤S1和S2，通过逐层生长的方式进行沉积成型，直至完成第N沉积层制备，得到成型构件；
其中，在继续熔化沉积的过程中，通过熔化沉积的热传递，第i层沉积层从顶部至底部因受热呈现逐步降低的趋势，从而在第i层沉积层沿着沉积方向的组织呈现超细晶区、细晶区和柱状晶区的晶粒梯度。
2.根据权利要求1所述的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，其特征在于，所述超细晶区的晶粒尺寸为500nm-2μm。
3.根据权利要求1所述的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，其特征在于，细晶区的晶粒尺寸为1μm-20μm。
4.根据权利要求1所述的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，其特征在于，柱状晶区的晶粒尺寸为20μm-100μm。
5.根据权利要求1所述的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，其特征在于，每个沉积层的厚度与搅拌头的深度均相等。
6.根据权利要求1所述的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，其特征在于，搅拌头的深度为1-5mm。
7.根据权利要求1所述的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，其特征在于，搅拌摩擦处理的工艺参数如下：搅拌头直径为10-20mm，搅拌头转速为400-1800r/min，下压量为0.1-1mm，下压力为10000-50000N。
8.根据权利要求1所述的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，其特征在于，搅拌摩擦处理在打印过程中进行，当沉积层达到所需厚度后，此时以激光束为原点，打印方向为正向，搅拌头位于离激光束5-15cm的负向处进行搅拌摩擦处理。
9.根据权利要求1所述的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，其特征在于，搅拌摩擦处理在打印完成后进行，沉积层打印完成后暂停打印，对沉积层进行搅拌摩擦处理。
10.根据权利要求1所述的激光熔化沉积复合搅拌摩擦处理制备梯度材料的方法，其特征在于，所述送粉增材制造工艺，被设置成根据合金构件参数确定送粉速度和激光功率参数，并根据此设定打印程序以进行构件的打印成型。
11.一种梯度材料构件，其特征在于，采用权利要求1-10中任意一项所述的方法制备成型，所述梯度材料构件为铝合金构件、钛合金构件或者不锈钢构件。
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