CN207464194U - 一种新型异种金属材料结合界面结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型异种金属材料结合界面结构。本实用新型中的锯齿形界面结构根据产品需求进行设计。锯齿结构可以是均匀等长锯齿和周期性不等长锯齿，锯齿结合区走向可以是直线也可以斜线，结合界面的横截面为直线形、折线和曲线形状。采用激光熔覆沉积制造技术可以按照需求进行制造。本实用新型可以有效提高异种材料的界面结合力。
Description
技术领域
本发明属于激光制造领域，涉及一种新型的异种材料结合界面。
背景技术
采用一定的技术方法将异种材料连接到一起共同构成具有某种应用功能的产品和部件是非常常见的现象，比如异种材料焊接，表面涂层等。当前所有这样的结合界面都是面状结合，即平面状或者曲面状，从局部或者围观角度，都归属为平面状结合。但这样的结合界面存在固有的缺陷：界面结合力弱；比较容易产生缺陷，如孔洞甚至裂纹；失效原因也多是裂纹沿界面的扩展。
增材制造技术通过将三维产品结构离散为二维平面结构后形成特定的数控程序，再逐层堆积制造。与传统的减材制造技术相比，工艺限制较少，可以制造传统工艺无法实现的新型结构特赠。
本发明提出一种利用增材制造技术获得的新型结合界面，可以有效提高界面结合力，降低界面上的裂纹扩展速率，提高产品的使用寿命。
发明内容
本发明提供了一种利用增材制造技术制造的能够增强异种材料界面结合力的结构及其制造方法。此结构适用于线膨胀系数相差较大的异种材料的连接，本发明可有效增强异种材料之间的结合力，具有防裂纹扩展的效果，可有效保证产品的可靠性。
本发明所提出的异种材料结合界面，其结构特征为：所述异种金属材料结合界面的纵截面为锯齿形，异种金属材料之间为冶金熔合。
本发明所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述纵截面锯齿形为周期性等高等长锯齿，其参数为锯齿高度为：0.5 mm~2 mm，螺距：0.3~1.5 mm。
本发明所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述纵截面锯齿形为周期性不等高锯齿，其基本单元为1~3个矮锯齿配合1~3个高锯齿，矮锯齿与高锯齿的高度差为1~3个矮齿齿高。
本发明所述异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述纵截面锯齿形为周期性不等长锯齿，一种材料的螺距为另一种材料螺距的2~4倍。
本发明所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述纵截面融合区域的走向为直线、斜线、弧线。
本发明所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述横截面为直线、折线、弧线、圆形、半圆形、椭圆形、多边形。
本发明所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述横截面的界线为波浪线、直线。
本发明所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述横截面的界线为波浪线，其周期长度为1 mm~6 mm，峰高为0.5 mm~3 mm。
本发明所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述异种金属材料为：钴基合金与控氮奥氏体不锈钢、高速钢与工具钢。
本发明所述新型异种金属材料结合界面结构的制备方法，其特征在于，利用激光熔覆沉积制造技术或等离子体熔丝增材制造技术。
本发明所述新型异种金属材料结合界面结构的制备方法，其特征在于，所述制备步骤如下：
S1：创建目标产品的三维数模；
S2：设计异种金属材料结合界面的纵截面的锯齿形状；
S3：利用切片软件对三维数模按照一定厚度进行离散切片；对每层切片进行分区，分区方法是：第一步，设计异种金属材料结合界面横截面的形状，明确每一层的材料界限及界限走向，确定不同材料的基本区域尺寸；第二步，根据锯齿设计特征，调整材料界线；均匀等长锯齿，则只需调整相邻2层切片的材料界线或不等长周期性锯齿，则首先确定一个周期的层数，然后逐层调整材料界线；
S4：对切片进行扫描路径规划，输出数控加工程序；
S5：按照既定的工艺进行增材制造。
附图说明
图1 异种金属材料结合界面的横截面为圆形的结构示意图；
图2 异种金属材料结合界面的横截面为椭圆形的结构示意图；
图3 异种金属材料结合界面的横截面为六边形的结构示意图；
图4 异种金属材料结合界面的横截面为直线，纵截面为均匀等长锯齿，锯齿走势为直线和斜线的结构示意图；
图5异种金属材料结合界面的横截面波浪线线，纵截面为周期性不等长锯齿（高矮锯齿周期1:1），锯齿走势为直线和斜线的结构示意图；
图6异种金属材料结合界面的横截面波浪线线，纵截面为周期性不等长锯齿（高矮锯齿周期3:3），锯齿走势为直线和斜线的结构示意图；
图7异种金属材料结合界面的横截面为折线，纵截面为周期性不等长锯齿，锯齿走势为斜线的结构示意图；
图8异种金属材料结合界面的横截面为弧线，纵截面为周期性不等长锯齿，锯齿走势为斜线的结构示意图；
图9异种金属材料结合界面的横截面为折线，纵截面为周期性不等长锯齿（大小齿距1:2），锯齿走势为斜线的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例采用激光熔覆沉积制造技术制造内孔带有圆形耐磨层的构件。
图1所示为该构件剖面示意图。图中芯部黑色区域为Stellite 6钴基合金耐磨层，外部灰色区域为控氮奥氏体不锈钢。两则结合界面为均匀等高的锯齿形结合面。齿高为1.5mm，齿宽（螺距）为0.9mm。
该锯齿状结合界面构件的制造方法如下：
S1：建立部件三维数模。产品孔径为：φ10mm，孔内耐磨层厚度为：1.5mm，激光熔覆沉积制造部件是毛坯，还需机加工，因此必须增加机加工余量，孔内径缩小为：φ2mm；以此设计建立三维数模，如图1所示。
S2：本产品的结合界面设计成均匀等长锯齿结构，齿宽（螺距）0.9mm，齿高1.5mm。
S3：利用切片软件对三维数模进行切片，切片厚度为0.9mm；对切片进行分区，材料分界面向两侧各平移0.75mm，形成锯齿结合区、Stellite 6钴基合金区和控氮奥氏体不锈钢区。
S4：对切片进行扫描路径规划，输出数控加工程序；
S5：采用Stellite 6合金粉末和控氮奥氏体不锈钢粉末为原材料，利用激光熔覆沉积制造技术进行产品制造。
按以上步骤即获得了图1所示复合材料构件，其结合面俯视为圆形。
实施例2
本实施例采用激光熔覆沉积制造技术制造内孔带有椭圆形孔即椭圆形耐磨层的构件。
图2所示为该构件剖面示意图。图中芯部椭圆形环状黑色区域为Stellite 6钴基合金耐磨层，外部灰色区域为304不锈钢。两则结合界面为均匀等高的锯齿形结合面。齿高为0.3mm，齿宽（螺距）为0.5mm。
该锯齿状结合界面构件的制造方法如下：
S1：建立部件三维数模。产品椭圆孔径为：φ10 mm×φ15 mm，孔内耐磨层厚度为：1.5mm，激光熔覆沉积制造部件是毛坯，还需机加工，因此必须增加机加工余量，孔内径缩小为：φ2 mm×φ4 mm；以此设计建立三维数模，如图2所示。
S2：本产品的结合界面设计成均匀等长锯齿结构，齿宽（螺距）0.3mm，齿高0.5mm。
S3：利用切片软件对三维数模进行切片，切片厚度为0.3mm；对切片进行分区，材料分界面向两侧各平移0.25mm，形成锯齿结合区、Stellite 6钴基合金区和304不锈钢区。
S4：对切片进行扫描路径规划，输出数控加工程序；
S5：采用Stellite 6合金粉末和控氮奥氏体不锈钢粉末为原材料，利用激光熔覆沉积制造技术进行产品制造。
按以上步骤即获得了图2所示复合材料构件。
实施例3
本实施例采用激光熔覆沉积制造技术制造内孔为六边形且带有六边形耐磨层的构件。
图3所示为该构件剖面示意图。图中芯部六边形环状黑色区域为Stellite 6钴基合金耐磨层，外部灰色区域为316L不锈钢。两则结合界面为均匀等高的锯齿形结合面。齿高为2mm，齿宽（螺距）为1.5mm。
该锯齿状结合界面构件的制造方法如下：
S1：建立部件三维数模。产品六边形边长为：15 mm，孔内耐磨层厚度为：1.5mm，激光熔覆沉积制造部件是毛坯，还需机加工，因此必须增加机加工余量，孔内五边形边长为：10mm；以此设计建立三维数模，如图3所示。
S2：本产品的结合界面设计成均匀等长锯齿结构，齿宽（螺距）1.5mm，齿高2.0mm。
S3：利用切片软件对三维数模进行切片，切片厚度为1.5 mm；对切片进行分区，材料分界面向两侧各平移1.0mm，形成锯齿结合区、Stellite 6钴基合金区和316L不锈钢区。
S4：对切片进行扫描路径规划，输出数控加工程序；
S5：采用Stellite 6合金粉末和控氮奥氏体不锈钢粉末为原材料，利用激光熔覆沉积制造技术进行产品制造。
按以上步骤即获得了图3所示复合材料构件。
实施例4
本实施例采用激光熔覆沉积制造技术制造H13模具钢与S390高速钢复合构件。
图4所示为该构件剖面示意图。图中中间阴影区域为H13模具钢，两侧为S390高速钢。其结合界面为均匀等高锯齿，锯齿区走向为直线和斜线，界面横截面呈直线。
该复合构件的制造方法如下：
S1：建立部件三维数模。如图4所示。
S2：本产品的结合界面为均匀等长锯齿结构，齿宽（螺距）0.9mm，齿高1.5mm；横截面为直线界面如图4所示。
S3：利用切片软件对三维数模进行切片，切片厚度为0.9mm；对切片进行分区，材料分界面向两侧各平移0.75mm，形成锯齿结合区、H13模具钢和S390高速钢。
S4：对切片进行扫描路径规划，输出数控加工程序；
S5：采用H13模具钢合金粉末和S390高速钢粉末为原材料，利用激光熔覆沉积制造技术进行产品制造。
按以上步骤即获得了图4所示复合材料构件。
实施例5
本实施例采用激光熔覆沉积制造技术制造H13模具钢与S390高速钢复合构件。
图5所示为该构件剖面示意图。图中中间阴影区域为H13模具钢，两侧为S390高速钢。其结合界面为周期性不等高锯齿，锯齿周期为高矮锯齿1:1，锯齿区走向为直线和斜线，界面横截面呈波浪线。
该复合构件的制造方法如下：
S1：建立部件三维数模。如图5所示。
S2：本产品的结合界面周期性不等长锯齿结构，矮锯齿齿高1.5mm，矮锯齿齿宽0.9mm，高锯齿齿高3 mm，高锯齿齿宽1.8mm；周期锯齿为，矮锯齿和高锯齿各1个，如图5所示。
S3：利用切片软件对三维数模进行切片，切片厚度为0.9mm；对切片进行分区，材料分界面向两侧各平移0.75mm，形成锯齿结合区、H13模具钢和S390高速钢。
S4：对切片进行扫描路径规划，输出数控加工程序；
S5：采用H13模具钢合金粉末和S390高速钢粉末为原材料，利用激光熔覆沉积制造技术进行产品制造。
按以上步骤即获得了图5所示复合材料构件。
实施例6
本实施例采用激光熔覆沉积制造技术制造H13模具钢与S390高速钢复合构件。
图6所示为该构件剖面示意图。图中中间阴影区域为H13模具钢，两侧为S390高速钢。其结合界面为周期性不等高锯齿，锯齿周期为高矮锯齿3:3，锯齿区走向为直线和斜线，界面横截面呈波浪线。
该复合构件的制造方法如下：
S1：建立部件三维数模。如图6所示。
S2：本产品的结合界面周期性不等长锯齿结构，矮锯齿齿高1.5mm，矮锯齿齿宽0.9mm，高锯齿齿高3 mm，高锯齿齿宽1.8mm；周期锯齿是矮锯齿和高锯齿各3个，周期排列，如图6所示。
S3：利用切片软件对三维数模进行切片，切片厚度为0.9mm；对切片进行分区，材料分界面向两侧各平移0.75mm，形成锯齿结合区、H13模具钢和S390高速钢。
S4：对切片进行扫描路径规划，输出数控加工程序；
S5：采用H13模具钢合金粉末和S390高速钢粉末为原材料，利用激光熔覆沉积制造技术进行产品制造。
按以上步骤即获得了图6所示复合材料构件。
实施例7
本实施例采用激光熔覆沉积制造技术制造H13模具钢与S390高速钢复合构件。
图7所示为该构件剖面示意图。图中阴影区域为H13模具钢，另一侧为S390高速钢。其结合界面为均匀等高锯齿，锯齿区走向为直线和斜线，界面横截面呈不规则曲线。
该复合构件的制造方法如下：
S1：建立部件三维数模。如图7所示。
S2：本产品的结合界面为均匀等长锯齿结构，齿宽（螺距）0.9mm，齿高1.5mm；如图7所示。
S3：利用切片软件对三维数模进行切片，切片厚度为0.9mm；对切片进行分区，材料分界面向两侧各平移0.75mm，形成锯齿结合区、H13模具钢和S390高速钢。
S4：对切片进行扫描路径规划，输出数控加工程序；
S5：采用H13模具钢合金粉末和S390高速钢粉末为原材料，利用激光熔覆沉积制造技术进行产品制造。
按以上步骤即获得了图7所示复合材料构件。
实施例8
本实施例采用激光熔覆沉积制造技术制造H13模具钢与S390高速钢复合构件。
图8所示为该构件剖面示意图。图中阴影区域为H13模具钢，另一侧为S390高速钢。其结合界面为均匀等高锯齿，锯齿区走向为直线和斜线，界面横截面呈弧线。
该复合构件的制造方法如下：
S1：建立部件三维数模。如图8所示。
S2：本产品的结合界面为均匀等长锯齿结构，齿宽（螺距）0.9mm，齿高1.5mm；如图8所示。
S3：利用切片软件对三维数模进行切片，切片厚度为0.9mm；对切片进行分区，材料分界面向两侧各平移0.75mm，形成锯齿结合区、H13模具钢和S390高速钢。
S4：对切片进行扫描路径规划，输出数控加工程序；
S5：采用H13模具钢合金粉末和S390高速钢粉末为原材料，利用激光熔覆沉积制造技术进行产品制造。
按以上步骤即获得了图8所示复合材料构件。
实施例9
本实施例采用激光熔覆沉积制造技术制造H13模具钢与S390高速钢复合构件。
图9所示为该构件剖面示意图。图中阴影区域为H13模具钢，另一侧为S390高速钢。其结合界面为周期性不等高锯齿，大锯齿宽度齿宽为小锯齿齿宽的2倍，锯齿区走向为直线和斜线，界面横截面呈不规则曲线。
该复合构件的制造方法如下：
S1：建立部件三维数模。如图9所示。
S2：本产品的结合界面为不等长锯齿结构，小齿宽（螺距）0.9mm，齿高1.5mm，大齿宽（螺距）1.8mm，齿高3.0 mm；如图9所示。
S3：利用切片软件对三维数模进行切片，切片厚度为0.9mm；对切片进行分区，材料分界面向两侧各平移0.75mm，形成锯齿结合区、H13模具钢和S390高速钢。
S4：对切片进行扫描路径规划，输出数控加工程序；
S5：采用H13模具钢合金粉末和S390高速钢粉末为原材料，利用激光熔覆沉积制造技术进行产品制造。
按以上步骤即获得了图9所示复合材料构件。
Claims (9)
1.一种新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述异种金属材料结合界面的纵截面为锯齿形，异种金属材料之间为冶金熔合。
2.根据权利要求1所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述纵截面锯齿形为周期性等高等长锯齿，其参数为锯齿高度为：0.5 mm~2 mm，螺距：0.3 mm~1.5 mm。
3.根据权利要求1所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述纵截面锯齿形为周期性不等高锯齿，其基本单元为1~3个矮锯齿配合1~3个高锯齿，矮锯齿与高锯齿的高度差为1~3个矮齿齿高。
4.根据权利要求1所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述纵截面锯齿形为周期性不等长锯齿，一种材料的螺距为另一种材料螺距的2~4倍。
5.根据权利要求1所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述纵截面融合区域的走向为直线或者斜线或者弧线。
6.根据权利要求1所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述异种金属材料结合界面的横截面为直线、折线、弧线、圆形、半圆形、椭圆形、多边形。
7.根据权利要求1所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述异种金属材料结合界面的横截面的界线为波浪线、直线。
8.根据权利要求1所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述异种金属材料结合界面的横截面的界线为波浪线，其周期长度为1~6mm，峰高为0.5~3mm。
9.根据权利要求1所述新型异种金属材料结合界面结构，其特征在于，所述异种金属材料为：钴基合金与控氮奥氏体不锈钢、高速钢与工具钢。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720678566.9U CN207464194U (zh) | 2017-06-13 | 2017-06-13 | 一种新型异种金属材料结合界面结构 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201720678566.9U CN207464194U (zh) | 2017-06-13 | 2017-06-13 | 一种新型异种金属材料结合界面结构 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN207464194U true CN207464194U (zh) | 2018-06-08 |
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ID=62256101
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107538008A (zh) * | 2017-06-13 | 2018-01-05 | 郭志光 | 一种新型异种金属材料结合界面结构及其制造方法 |
| CN109624423A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-04-16 | 北京遥感设备研究所 | 一种异种材料环形微构造梯度过渡结构及制备方法 |
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2017
- 2017-06-13 CN CN201720678566.9U patent/CN207464194U/zh active Active
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| CN109624423A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-04-16 | 北京遥感设备研究所 | 一种异种材料环形微构造梯度过渡结构及制备方法 |
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