丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104313571 A (43)申请公布日 2015.01.28 CN 104313571 A (21)申请号 201410620695.3 (22)申请日 2014.11.06 C23C 24/10(2006.01) B23K 26/342(2014.01) (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街 92 号 (72)发明人 李福泉 张阳 陈彦宾 雷正龙 高振增 (74)专利代理机构 哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人 牟永林 (54) 发明名称 丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构 件的方法 (57) 。

2、摘要 丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料 构件的方法， 它涉及制备铝基复合材料构件的方 法。本发明要解决现有铝基复合材料难于加工的 问题。方法 ： 一、 表面预处理 ； 二、 增强相颗粒的预 处理 ； 三、 旁轴送粉沉积 ； 四、 旁轴送粉叠层沉积。 方法 ： 一、 表面预处理 ； 二、 增强相颗粒的预处理 ； 三、 同轴送粉沉积 ； 四、 同轴送粉叠层沉积。本发 明可用于丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材 料构件。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 (1。

3、0)申请公布号 CN 104313571 A CN 104313571 A 1/2 页 2 1. 丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法， 其特征在于丝粉同步送进激 光沉积制备铝基复合材料构件的方法是按以下步骤完成的 ： 一、 表面预处理 ： 对表面不平整的铝板用砂纸进行打磨， 并用丙酮去除油污， 然后用化 学试剂清洗， 得到预处理后的铝板 ； 二、 增强相颗粒的预处理 ： 将增强相颗粒置于温度为 100 150的烘干炉中， 烘干 1h 2h， 得到预处理后的增强相颗粒 ； 三、 旁轴送粉沉积 ： 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒送粉装置进行预处理后的增 强相颗粒的送给， 结合送丝。

4、机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光器对预处理后 的铝板进行激光沉积， 并利用自动化机器人控制光纤激光器的激光头、 送丝机及颗粒送粉 装置的运动， 设置光纤激光器的激光输出功率为 W1 1kW 3kW， 扫描速度为 0.002m/s 0.007m/s， 激光采用正离焦， 激光束光斑直径为 2mm 4mm， 采用同轴氩气保护， 保护气流量 为 5L/min 10L/min， 设置颗粒送粉装置的送粉率为 100mg/s 200mg/s， 颗粒送粉装置的 粉头与水平面的倾角为 45 60， 送粉载气流量为 5L/min 10L/min， 送丝方式为光前 送丝， 设置送丝机的送丝速度为2。

5、0cm/min80cm/min， 送丝与水平面的角度为520， 即得到激光沉积层 ； 四、 旁轴送粉叠层沉积 ： 、 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒送粉装置进行预处 理后的增强相颗粒的送给， 结合送丝机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光器对 激光沉积层进行叠层激光沉积， 并利用自动化机器人控制光纤激光器的激光头、 送丝机及 颗粒送粉装置的运动， 设置光纤激光器的激光输出功率为 W2， 所述的 W1-W2 100W 300W， 扫描速度为 0.002m/s 0.007m/s， 激光采用正离焦， 激光束光斑直径为 2mm 4mm， 采用同 轴氩气保护， 保护气流量为 5L/mi。

6、n 10L/min， 设置颗粒送粉装置的送粉率为 100mg/s 200mg/s， 颗粒送粉装置的粉头与水平面的倾角为 45 60， 送粉载气流量为 5L/min 10L/min， 送丝方式为光前送丝， 设置送丝机的送丝速度为 20cm/min 80cm/min， 送丝与水 平面的角度为 5 20 ； 、 进行步骤四一次或一次以上， 即得到丝粉同步送进激光沉 积制备的铝基复合材料构件。 2. 根据权利要求 1 所述的丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法， 其特 征在于步骤一中所述的铝板为铝或铝合金基材 ； 步骤三中所述的焊丝与步骤一中所述的铝 板为同材质 ； 步骤四中所述的焊丝与步骤。

7、一中所述的铝板为同材质。 3. 根据权利要求 1 所述的丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法， 其特 征在于步骤一中所述的化学试剂清洗具体步骤如下 ： 在温度为 40 60下， 使用质量分 数为 6 10的 NaOH 水溶液碱洗 5min 20min， 然后用清水冲洗干净， 再放入质量分数 为 30的 HNO3溶液中浸渍 5min 20min， 取出用清水冲洗净吹干表面水痕， 最后将化学试 剂清洗后的铝板放入温度为 80 150的烘干箱中烘干 1h 2h 备用。 4. 根据权利要求 1 所述的丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法， 其特 征在于步骤二中所述的增强相颗粒为陶瓷。

8、粉末材料。 5. 根据权利要求 1 所述的丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法， 其特 征在于步骤二中所述的增强相颗粒的颗粒平均尺寸为 50m 100m。 6. 丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法， 其特征在于丝粉同步送进激 光沉积制备铝基复合材料构件的方法是按以下步骤完成的 ： 权 利 要 求 书 CN 104313571 A 2 2/2 页 3 一、 表面预处理 ： 对表面不平整的铝板用砂纸进行打磨， 并用丙酮去除油污， 然后用化 学试剂清洗， 得到预处理后的铝板 ； 二、 增强相颗粒的预处理 ： 将增强相颗粒置于温度为 100 150的烘干炉中， 烘干 1h 2h，。

9、 得到预处理后的增强相颗粒 ； 三、 同轴送粉沉积 ： 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒送粉装置进行预处理后的增 强相颗粒的送给， 结合送丝机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光器对预处理后 的铝板进行激光沉积， 并利用自动化机器人控制光纤激光器的激光头、 送丝机及颗粒送粉 装置的运动， 设置光纤激光器的激光输出功率为 W1 1kW 3kW， 扫描速度为 0.002m/s 0.007m/s， 激光采用正离焦， 激光束光斑直径为 2mm 4mm， 采用同轴氩气保护， 保护气流量 为 5L/min 10L/min， 设置颗粒送粉装置的送粉率为 100mg/s 200mg/s， 颗粒。

10、送粉装置的 粉头为激光同轴送粉头， 送粉载气流量为 5L/min 10L/min， 送丝方式为光前送丝， 设置送 丝机的送丝速度为 20cm/min 80cm/min， 送丝与水平面的角度为 5 20， 即得到激光 沉积层 ； 四、 同轴送粉叠层沉积 ： 、 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒送粉装置进行预处 理后的增强相颗粒的送给， 结合送丝机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光器对 激光沉积层进行叠层激光沉积， 并利用自动化机器人控制光纤激光器的激光头、 送丝机及 颗粒送粉装置的运动， 设置光纤激光器的激光输出功率为 W2， 所述的 W1-W2 100W 300W， 扫描速度。

11、为 0.002m/s 0.007m/s， 激光采用正离焦， 激光束光斑直径为 2mm 4mm， 采用同 轴氩气保护， 保护气流量为 5L/min 10L/min， 设置颗粒送粉装置的送粉率为 100mg/s 200mg/s， 颗粒送粉装置的粉头为激光同轴送粉头， 送粉载气流量为 5L/min 10L/min， 送 丝方式为光前送丝， 设置送丝机的送丝速度为 20cm/min 80cm/min， 送丝与水平面的角度 为 5 20 ； 、 进行步骤四一次或一次以上， 即得到丝粉同步送进激光沉积制备的铝 基复合材料构件。 7. 根据权利要求 6 所述的丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法，。

12、 其特 征在于步骤一中所述的铝板为铝或铝合金基材 ； 步骤三中所述的焊丝与步骤一中所述的铝 板为同材质 ； 步骤四中所述的焊丝与步骤一中所述的铝板为同材质。 8. 根据权利要求 6 所述的丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法， 其特 征在于步骤一中所述的化学试剂清洗具体步骤如下 ： 在温度为 40 60下， 使用质量分 数为 6 10的 NaOH 水溶液碱洗 5min 20min， 然后用清水冲洗干净， 再放入质量分数 为 30的 HNO3溶液中浸渍 5min 20min， 取出用清水冲洗净吹干表面水痕， 最后将化学试 剂清洗后的铝板放入温度为 80 150的烘干箱中烘干 1h 2h。

13、 备用。 9. 根据权利要求 6 所述的丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法， 其特 征在于步骤二中所述的增强相颗粒为陶瓷粉末材料。 10. 根据权利要求 6 所述的丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法， 其 特征在于步骤二中所述的增强相颗粒的颗粒平均尺寸为 50m 100m。 权 利 要 求 书 CN 104313571 A 3 1/8 页 4 丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法 技术领域 0001 本发明涉及制备铝基复合材料构件的方法。 背景技术 0002 铝基复合材料由于具有很好的强度模量、 塑性以及优异的耐磨性能而在航空航 天、 军事工业、 交通运输等领。

14、域得到广泛的应用。 现有主要的铝基复合材料制备方法包括搅 拌铸造法、 液态金属浸渗法、 粉末冶金挤压铸造法、 原位复合法及共喷沉积法等。单独的复 合材料形成构件， 需要机械加工、 焊接等。由于复合材料的结构特点， 复合材料难于焊接及 加工， 这是制约复合材料应用的主要难点。 0003 近年来， 激光技术正逐步用以制备金属基复合材料 (MMCs)。但目前的研究主要 是在传统金属或合金表面通过复合粉末熔覆的方法合成金属基复合涂层， 以改善表面耐磨 性、 耐蚀性、 高温抗氧化性等， 其实质为金属表面改性， 不涉及块体 MMCs 零件成形。 发明内容 0004 本发明要解决现有铝基复合材料难于加工的问。

15、题， 而提供丝粉同步送进激光沉积 制备铝基复合材料构件的方法。 0005 丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法是按以下步骤完成的 ： 0006 一、 表面预处理 ： 对表面不平整的铝板用砂纸进行打磨， 并用丙酮去除油污， 然后 用化学试剂清洗， 得到预处理后的铝板 ； 0007 二、 增强相颗粒的预处理 ： 将增强相颗粒置于温度为 100 150的烘干炉中， 烘干 1h 2h， 得到预处理后的增强相颗粒 ； 0008 三、 旁轴送粉沉积 ： 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒送粉装置进行预处理后 的增强相颗粒的送给， 结合送丝机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光器对预。

16、处 理后的铝板进行激光沉积， 并利用自动化机器人控制光纤激光器的激光头、 送丝机及颗粒 送粉装置的运动， 设置光纤激光器的激光输出功率为 W1 1kW 3kW， 扫描速度为 0.002m/ s 0.007m/s， 激光采用正离焦， 激光束光斑直径为 2mm 4mm， 采用同轴氩气保护， 保护气 流量为 5L/min 10L/min， 设置颗粒送粉装置的送粉率为 100mg/s 200mg/s， 颗粒送粉装 置的粉头与水平面的倾角为 45 60， 送粉载气流量为 5L/min 10L/min， 送丝方式为 光前送丝， 设置送丝机的送丝速度为 20cm/min 80cm/min， 送丝与水平面的角。

17、度为 5 20， 即得到激光沉积层 ； 0009 四、 旁轴送粉叠层沉积 ： 、 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒送粉装置进行 预处理后的增强相颗粒的送给， 结合送丝机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光 器对激光沉积层进行叠层激光沉积， 并利用自动化机器人控制光纤激光器的激光头、 送丝 机及颗粒送粉装置的运动， 设置光纤激光器的激光输出功率为 W2， 所述的 W1-W2 100W 300W， 扫描速度为 0.002m/s 0.007m/s， 激光采用正离焦， 激光束光斑直径为 2mm 4mm， 采用同轴氩气保护， 保护气流量为 5L/min 10L/min， 设置颗粒送粉装置。

18、的送粉率为 说 明 书 CN 104313571 A 4 2/8 页 5 100mg/s200mg/s， 颗粒送粉装置的粉头与水平面的倾角为4560， 送粉载气流量为 5L/min10L/min， 送丝方式为光前送丝， 设置送丝机的送丝速度为20cm/min80cm/min， 送丝与水平面的角度为 5 20 ； 、 进行步骤四一次或一次以上， 即得到丝粉同步送 进激光沉积制备的铝基复合材料构件。 0010 丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法是按以下步骤完成的 ： 0011 一、 表面预处理 ： 对表面不平整的铝板用砂纸进行打磨， 并用丙酮去除油污， 然后 用化学试剂清洗， 得到预处。

19、理后的铝板 ； 0012 二、 增强相颗粒的预处理 ： 将增强相颗粒置于温度为 100 150的烘干炉中， 烘干 1h 2h， 得到预处理后的增强相颗粒 ； 0013 三、 同轴送粉沉积 ： 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒送粉装置进行预处理后 的增强相颗粒的送给， 结合送丝机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光器对预处 理后的铝板进行激光沉积， 并利用自动化机器人控制光纤激光器的激光头、 送丝机及颗粒 送粉装置的运动， 设置光纤激光器的激光输出功率为 W1 1kW 3kW， 扫描速度为 0.002m/ s 0.007m/s， 激光采用正离焦， 激光束光斑直径为 2mm 4mm。

20、， 采用同轴氩气保护， 保护气 流量为 5L/min 10L/min， 设置颗粒送粉装置的送粉率为 100mg/s 200mg/s， 颗粒送粉装 置的粉头为激光同轴送粉头， 送粉载气流量为 5L/min 10L/min， 送丝方式为光前送丝， 设 置送丝机的送丝速度为 20cm/min 80cm/min， 送丝与水平面的角度为 5 20， 即得到 激光沉积层 ； 0014 四、 同轴送粉叠层沉积 ： 、 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒送粉装置进行 预处理后的增强相颗粒的送给， 结合送丝机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光 器对激光沉积层进行叠层激光沉积， 并利用自动化机器人。

21、控制光纤激光器的激光头、 送丝 机及颗粒送粉装置的运动， 设置光纤激光器的激光输出功率为 W2， 所述的 W1-W2 100W 300W， 扫描速度为 0.002m/s 0.007m/s， 激光采用正离焦， 激光束光斑直径为 2mm 4mm， 采用同轴氩气保护， 保护气流量为 5L/min 10L/min， 设置颗粒送粉装置的送粉率为 100mg/s 200mg/s， 颗粒送粉装置的粉头为激光同轴送粉头， 送粉载气流量为 5L/min 10L/min， 送丝方式为光前送丝， 设置送丝机的送丝速度为 20cm/min 80cm/min， 送丝与水 平面的角度为 5 20 ； 、 进行步骤四一次或。

22、一次以上， 即得到丝粉同步送进激光沉 积制备的铝基复合材料构件。 0015 本发明的有益效果是 ： 1、 本发明利用激光熔化沉积技术可制造高性能复杂结构 MMCs 零件， 将激光熔化沉积技术引入新型铝基复合材料及其构件的制备与成形， 具有明显 的创新性。与现有复合材料制备技术相比， 本发明的特点是可以实现复合材料构件的直接 制造， 实现材料制备成型一体化， 解决复合材料难于加工的问题。 0016 2、 本发明采用丝粉同步激光沉积法制备铝基复合材料构件。该方法具有灵活性 ： 丝的加入保证实现可以逐层生长 ； 粉的添加提供增强相， 送粉量可以灵活提调节， 实现对复 合材料中增强相体积分数的调节。能。

23、够实现梯度成分复合材料构件的制备， 满足成分及性 能的梯度构件制造要求。 0017 3、 送粉式、 送丝式是激光沉积制作复合材料层主要的材料添加方式。送粉式激光 沉积技术容易实现自动化控制， 激光能量吸收率高， 加工成形性良好， 但对粉的质量要求比 较高， 沉积层孔隙率比较大， 粉的利用率不高， 直接带来的结果是成本高， 同时造成粉尘污 说 明 书 CN 104313571 A 5 3/8 页 6 染。送丝式激光沉积技术制备的沉积层致密度好， 气孔率几乎为零， 采用焊丝能够节省材 料， 成本低， 制备的沉积层具有较高的厚度。本发明综合了两种技术的优势， 添加与母材同 质的焊丝可以减小基材的稀释。

24、率， 降低由于内应力过高产生裂纹倾向， 丝材的加入有利于 增大沉积层的面积， 可以制备沉积层相对较厚， 提高激光沉积的沉积效率 ； 并保证沉积层的 逐层生长。与此同时， 同轴或旁轴送粉实现陶瓷增强相 (SiC、 TiC、 WC 等 ) 在激光熔池中的 分布， 通过合理的工艺过程控制获得增强相颗粒在铝基体中可控分布， 实现增强相颗粒与 铝基体的冶金结合。保证陶瓷颗粒能够有效实现增强铝基体性能的作用。 0018 本发明用于丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方法。 附图说明 0019 图 1 为旁轴送粉旁轴送丝激光沉积示意图 ； 1 为颗粒送粉装置， 2 为预处理后的增 强相颗粒， 3 为送。

25、丝机， 4 为焊丝， 5 为波长为 1.06m 的光纤激光器激光头， 6 为预处理后的 铝板， 7 为加工方向 ； 0020 图 2 为同轴送粉旁轴送丝激光沉积示意图， 1 为预处理后的增强相颗粒， 2 为送丝 机， 3 为焊丝， 4 为波长为 1.06m 的光纤激光器激光头， 5 为预处理后的铝板， 6 为加工方 向 ； 0021 图 3 为实施例一步骤三制备的激光沉积层形貌 ； 0022 图 4 为实施例一制备的丝粉同步送进激光沉积制备的铝基复合材料构件的沉积 层形貌 ； 0023 图 5 为实施例一制备的丝粉同步送进激光沉积制备的铝基复合材料构件的表面 硬度变化情况 ； 1 为沉积层上部。

26、， 2 为沉积层下部， 3 为基层。 具体实施方式 0024 具体实施方式一 ： 结合图 1 具体说明本实施方式， 本实施方式的丝粉同步送进激 光沉积制备铝基复合材料构件的方法， 丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方 法是按以下步骤完成的 ： 0025 一、 表面预处理 ： 对表面不平整的铝板用砂纸进行打磨， 并用丙酮去除油污， 然后 用化学试剂清洗， 得到预处理后的铝板 ； 0026 二、 增强相颗粒的预处理 ： 将增强相颗粒置于温度为 100 150的烘干炉中， 烘干 1h 2h， 得到预处理后的增强相颗粒 ； 0027 三、 旁轴送粉沉积 ： 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒。

27、送粉装置进行预处理后 的增强相颗粒的送给， 结合送丝机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光器对预处 理后的铝板进行激光沉积， 并利用自动化机器人控制光纤激光器的激光头、 送丝机及颗粒 送粉装置的运动， 设置光纤激光器的激光输出功率为 W1 1kW 3kW， 扫描速度为 0.002m/ s 0.007m/s， 激光采用正离焦， 激光束光斑直径为 2mm 4mm， 采用同轴氩气保护， 保护气 流量为 5L/min 10L/min， 设置颗粒送粉装置的送粉率为 100mg/s 200mg/s， 颗粒送粉装 置的粉头与水平面的倾角为 45 60， 送粉载气流量为 5L/min 10L/mi。

28、n， 送丝方式为 光前送丝， 设置送丝机的送丝速度为 20cm/min 80cm/min， 送丝与水平面的角度为 5 20， 即得到激光沉积层 ； 说 明 书 CN 104313571 A 6 4/8 页 7 0028 四、 旁轴送粉叠层沉积 ： 、 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒送粉装置进行 预处理后的增强相颗粒的送给， 结合送丝机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光 器对激光沉积层进行叠层激光沉积， 并利用自动化机器人控制光纤激光器的激光头、 送丝 机及颗粒送粉装置的运动， 设置光纤激光器的激光输出功率为 W2， 所述的 W1-W2 100W 300W， 扫描速度为 0.。

29、002m/s 0.007m/s， 激光采用正离焦， 激光束光斑直径为 2mm 4mm， 采用同轴氩气保护， 保护气流量为 5L/min 10L/min， 设置颗粒送粉装置的送粉率为 100mg/s200mg/s， 颗粒送粉装置的粉头与水平面的倾角为4560， 送粉载气流量为 5L/min10L/min， 送丝方式为光前送丝， 设置送丝机的送丝速度为20cm/min80cm/min， 送丝与水平面的角度为 5 20 ； 、 进行步骤四一次或一次以上， 即得到丝粉同步送 进激光沉积制备的铝基复合材料构件。 0029 本具体实施方式步骤一中用丙酮去除油污， 然后用化学试剂清洗以去除氧化膜。 0030。

30、 本具体实施方式步骤三及步骤四中焊接送丝机为普通焊接送丝机即可。 0031 本实施方式的有益效果是 ： 1、 本实施方式利用激光熔化沉积技术可制造高性能复 杂结构 MMCs 零件， 将激光熔化沉积技术引入新型铝基复合材料及其构件的制备与成形， 具 有明显的创新性。与现有复合材料制备技术相比， 本实施方式的特点是可以实现复合材料 构件的直接制造， 实现材料制备成型一体化， 解决复合材料难于加工的问题。 0032 2、 本实施方式采用丝粉同步激光沉积法制备铝基复合材料构件。 该方法具有灵活 性 ： 丝的加入保证实现可以逐层生长 ； 粉的添加提供增强相， 送粉量可以灵活提调节， 实现 对复合材料中增。

31、强相体积分数的调节。能够实现梯度成分复合材料构件的制备， 满足成分 及性能的梯度构件制造要求。 0033 3、 送粉式、 送丝式是激光沉积制作复合材料层主要的材料添加方式。送粉式激光 沉积技术容易实现自动化控制， 激光能量吸收率高， 加工成形性良好， 但对粉的质量要求比 较高， 沉积层孔隙率比较大， 粉的利用率不高， 直接带来的结果是成本高， 同时造成粉尘污 染。送丝式激光沉积技术制备的沉积层致密度好， 气孔率几乎为零， 采用焊丝能够节省材 料， 成本低， 制备的沉积层具有较高的厚度。本实施方式综合了两种技术的优势， 添加与母 材同质的焊丝可以减小基材的稀释率， 降低由于内应力过高产生裂纹倾向。

32、， 丝材的加入有 利于增大沉积层的面积， 可以制备沉积层相对较厚， 提高激光沉积的沉积效率 ； 并保证沉积 层的逐层生长。与此同时， 同轴或旁轴送粉实现陶瓷增强相 (SiC、 TiC、 WC 等 ) 在激光熔池 中的分布， 通过合理的工艺过程控制获得增强相颗粒在铝基体中可控分布， 实现增强相颗 粒与铝基体的冶金结合。保证陶瓷颗粒能够有效实现增强铝基体性能的作用。 0034 具体实施方式二 ： 本实施方式与具体实施方式一不同的是 ： 步骤一中所述的铝板 为铝或铝合金基材 ； 步骤三中所述的焊丝与步骤一中所述的铝板为同材质 ； 步骤四中所 述的焊丝与步骤一中所述的铝板为同材质。其它与具体实施方式一。

33、相同。 0035 具体实施方式三 ： 本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是 ： 步骤一中所 述的化学试剂清洗具体步骤如下 ： 在温度为 40 60下， 使用质量分数为 6 10的 NaOH 水溶液碱洗 5min 20min， 然后用清水冲洗干净， 再放入质量分数为 30的 HNO3溶液 中浸渍 5min 20min， 取出用清水冲洗净吹干表面水痕， 最后将化学试剂清洗后的铝板放 入温度为 80 130的烘干箱中烘干 1h 2h 备用。其它与具体实施方式一或二相同。 0036 具体实施方式四 ： 本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是 ： 步骤二中所 说 明 书 CN 10431357。

34、1 A 7 5/8 页 8 述的增强相颗粒为陶瓷粉末材料。其它与具体实施方式一至三相同。 0037 具体实施方式五 ： 本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是 ： 步骤二中所 述的增强相颗粒的颗粒平均尺寸为 50m 100m。其它与具体实施方式一至四相同。 0038 具体实施方式六 ： 结合图 2 具体说明本实施方式， 本实施方式的丝粉同步送进激 光沉积制备铝基复合材料构件的方法， 丝粉同步送进激光沉积制备铝基复合材料构件的方 法是按以下步骤完成的 ： 0039 一、 表面预处理 ： 对表面不平整的铝板用砂纸进行打磨， 并用丙酮去除油污， 然后 用化学试剂清洗， 得到预处理后的铝板 ； 0。

35、040 二、 增强相颗粒的预处理 ： 将增强相颗粒置于温度为 100 150的烘干炉中， 烘干 1h 2h， 得到预处理后的增强相颗粒 ； 0041 三、 同轴送粉沉积 ： 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒送粉装置进行预处理后 的增强相颗粒的送给， 结合送丝机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光器对预处 理后的铝板进行激光沉积， 并利用自动化机器人控制光纤激光器的激光头、 送丝机及颗粒 送粉装置的运动， 设置光纤激光器的激光输出功率为 W1 1kW 3kW， 扫描速度为 0.002m/ s 0.007m/s， 激光采用正离焦， 激光束光斑直径为 2mm 4mm， 采用同轴氩气保。

36、护， 保护气 流量为 5L/min 10L/min， 设置颗粒送粉装置的送粉率为 100mg/s 200mg/s， 颗粒送粉装 置的粉头为激光同轴送粉头， 送粉载气流量为 5L/min 10L/min， 送丝方式为光前送丝， 设 置送丝机的送丝速度为 20cm/min 80cm/min， 送丝与水平面的角度为 5 20， 即得到 激光沉积层 ； 0042 四、 同轴送粉叠层沉积 ： 、 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒送粉装置进行 预处理后的增强相颗粒的送给， 结合送丝机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光 器对激光沉积层进行叠层激光沉积， 并利用自动化机器人控制光纤激光器的激。

37、光头、 送丝 机及颗粒送粉装置的运动， 设置光纤激光器的激光输出功率为 W2， 所述的 W1-W2 100W 300W， 扫描速度为 0.002m/s 0.007m/s， 激光采用正离焦， 激光束光斑直径为 2mm 4mm， 采用同轴氩气保护， 保护气流量为 5L/min 10L/min， 设置颗粒送粉装置的送粉率为 100mg/s 200mg/s， 颗粒送粉装置的粉头为激光同轴送粉头， 送粉载气流量为 5L/min 10L/min， 送丝方式为光前送丝， 设置送丝机的送丝速度为 20cm/min 80cm/min， 送丝与水 平面的角度为 5 20 ； 、 进行步骤四一次或一次以上， 即得到。

38、丝粉同步送进激光沉 积制备的铝基复合材料构件。 0043 本具体实施方式步骤一中用丙酮去除油污， 然后用化学试剂清洗以去除氧化膜。 0044 本具体实施方式步骤三及步骤四中焊接送丝机为普通焊接送丝机即可。 0045 本实施方式的有益效果是 ： 1、 本实施方式利用激光熔化沉积技术可制造高性能复 杂结构 MMCs 零件， 将激光熔化沉积技术引入新型铝基复合材料及其构件的制备与成形， 具 有明显的创新性。与现有复合材料制备技术相比， 本实施方式的特点是可以实现复合材料 构件的直接制造， 实现材料制备成型一体化， 解决复合材料难于加工的问题。 0046 2、 本实施方式采用丝粉同步激光沉积法制备铝基。

39、复合材料构件。 该方法具有灵活 性 ： 丝的加入保证实现可以逐层生长 ； 粉的添加提供增强相， 送粉量可以灵活提调节， 实现 对复合材料中增强相体积分数的调节。能够实现梯度成分复合材料构件的制备， 满足成分 及性能的梯度构件制造要求。 说 明 书 CN 104313571 A 8 6/8 页 9 0047 3、 送粉式、 送丝式是激光沉积制作复合材料层主要的材料添加方式。送粉式激光 沉积技术容易实现自动化控制， 激光能量吸收率高， 加工成形性良好， 但对粉的质量要求比 较高， 沉积层孔隙率比较大， 粉的利用率不高， 直接带来的结果是成本高， 同时造成粉尘污 染。送丝式激光沉积技术制备的沉积层致。

40、密度好， 气孔率几乎为零， 采用焊丝能够节省材 料， 成本低， 制备的沉积层具有较高的厚度。本实施方式综合了两种技术的优势， 添加与母 材同质的焊丝可以减小基材的稀释率， 降低由于内应力过高产生裂纹倾向， 丝材的加入有 利于增大沉积层的面积， 可以制备沉积层相对较厚， 提高激光沉积的沉积效率 ； 并保证沉积 层的逐层生长。与此同时， 同轴或旁轴送粉实现陶瓷增强相 (SiC、 TiC、 WC 等 ) 在激光熔池 中的分布， 通过合理的工艺过程控制获得增强相颗粒在铝基体中可控分布， 实现增强相颗 粒与铝基体的冶金结合。保证陶瓷颗粒能够有效实现增强铝基体性能的作用。 0048 具体实施方式七 ： 本。

41、实施方式与具体实施方式六不同的是 ： 步骤一中所述的铝板 为铝或铝合金基材 ； 步骤三中所述的焊丝与步骤一中所述的铝板为同材质 ； 步骤四中所 述的焊丝与步骤一中所述的铝板为同材质。其它与具体实施方式六相同。 0049 具体实施方式八 ： 本实施方式与具体实施方式六或七之一不同的是 ： 步骤一中所 述的化学试剂清洗具体步骤如下 ： 在温度为 40 60下， 使用质量分数为 6 10的 NaOH 水溶液碱洗 5min 20min， 然后用清水冲洗干净， 再放入质量分数为 30的 HNO3溶液 中浸渍 5min 20min， 取出用清水冲洗净吹干表面水痕， 最后将化学试剂清洗后的铝板放 入温度为 。

42、80 130的烘干箱中烘干 1h 2h 备用。其它与具体实施方式六或七相同。 0050 具体实施方式九 ： 本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是 ： 步骤二中所 述的增强相颗粒为陶瓷粉末材料。其它与具体实施方式六至八相同。 0051 具体实施方式十 ： 本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是 ： 步骤二中所 述的增强相颗粒的颗粒平均尺寸为 50m 100m。其它与具体实施方式六至九相同。 0052 采用以下实施例验证本发明的有益效果 ： 0053 实施例一 ： 0054 一、 表面预处理 ： 对表面不平整的铝板用砂纸进行打磨， 并用丙酮去除油污， 然后 用化学试剂清洗， 得到预处理后。

43、的铝板 ； 0055 二、 增强相颗粒的预处理 ： 将增强相颗粒置于温度为 100的烘干炉中， 烘干 2h， 得到预处理后的增强相颗粒 ； 0056 三、 同轴送粉沉积 ： 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒送粉装置进行预处理后 的增强相颗粒的送给， 结合送丝机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光器对预处 理后的铝板进行激光沉积， 并利用自动化机器人控制光纤激光器的激光头、 送丝机及颗粒 送粉装置的运动， 设置光纤激光器的激光输出功率为 2.2kW， 扫描速度为 0.005m/s， 激光采 用正离焦， 激光束光斑直径为 2.2mm， 采用同轴氩气保护， 保护气流量为 10L/mi。

44、n， 设置颗粒 送粉装置的送粉率为 164mg/s， 颗粒送粉装置的粉头为激光同轴送粉头， 送粉载气流量为 10L/min， 送丝方式为光前送丝， 设置送丝机的送丝速度为 40cm/min， 送丝与水平面的角度 为 10， 即得到激光沉积层 ； 0057 四、 同轴送粉叠层沉积 ： 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒送粉装置进行预处 理后的增强相颗粒的送给， 结合送丝机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光器对 激光沉积层进行叠层激光沉积， 并利用自动化机器人控制光纤激光器的激光头、 送丝机及 说 明 书 CN 104313571 A 9 7/8 页 10 颗粒送粉装置的运动， 设。

45、置光纤激光器的激光输出功率为 2.0kw， 扫描速度为 0.005m/s， 激 光采用正离焦， 激光束光斑直径为 2.2mm， 采用同轴氩气保护， 保护气流量为 10L/min， 设置 颗粒送粉装置的送粉率为 164mg/s， 颗粒送粉装置的粉头为激光同轴送粉头， 送粉载气流量 为 10L/min， 送丝方式为光前送丝， 设置送丝机的送丝速度为 40cm/min， 送丝与水平面的角 度为 10， 即得到丝粉同步送进激光沉积制备的铝基复合材料构件。 0058 步骤一中所述的铝板为 1060Al ； 步骤三中所述的焊丝与步骤一中所述的铝板为 同材质 ； 步骤四中所述的焊丝与步骤一中所述的铝板为同材。

46、质。 0059 步骤一中所述的化学试剂清洗具体步骤如下 ： 在温度为 60下， 使用质量分数为 8的 NaOH 水溶液碱洗 10min， 然后用清水冲洗干净， 再放入质量分数为 30的 HNO3溶液 中浸渍 5min， 取出用清水冲洗净吹干表面水痕， 最后将化学试剂清洗后的铝板放入温度为 120的烘干箱中烘干 1.5h 备用。 0060 步骤二中所述的增强相颗粒为陶瓷粉末材料， 具体为 WC ； 所述的增强相颗粒的颗 粒平均尺寸为 50m 100m。 0061 图 3 为实施例一步骤三制备的激光沉积层形貌 ； 由图可知， 沉积层下部均匀分布 着未熔化的陶瓷颗粒， 对沉积层起到很好的强化作用。 。

47、0062 图 4 为实施例一制备的丝粉同步送进激光沉积制备的铝基复合材料构件的沉积 层形貌 ； 由图可知， 沉积层成型良好， 与单道沉积相比， 沉积层尺寸明显增加， 第一层中陶瓷 颗粒由于位置处于中下层， 所以并没有受到激光重熔的影响。 0063 图 5 为实施例一制备的丝粉同步送进激光沉积制备的铝基复合材料构件的表面 硬度变化情况， 1 为沉积层上部， 2 为沉积层下部， 3 为基层 ； 由图可知， 复合材料层的硬度由 铝基体的 HV400 提高到 HV1000 左右。 0064 实施例二 ： 0065 一、 表面预处理 ： 对表面不平整的铝板用砂纸进行打磨， 并用丙酮去除油污， 然后 用化。

48、学试剂清洗， 得到预处理后的铝板 ； 0066 二、 增强相颗粒的预处理 ： 将增强相颗粒置于温度为 100的烘干炉中， 烘干 2h， 得到预处理后的增强相颗粒 ； 0067 三、 旁轴送粉沉积 ： 利用送丝机进行焊丝的送进， 利用颗粒送粉装置进行预处理后 的增强相颗粒的送给， 结合送丝机、 颗粒送粉装置及波长为 1.06m 的光纤激光器对预处 理后的铝板进行激光沉积， 并利用自动化机器人控制光纤激光器的激光头、 送丝机及颗粒 送粉装置的运动， 设置光纤激光器的激光输出功率为 2.0kW， 扫描速度为 0.003m/s， 激光采 用正离焦， 激光束光斑直径为 2.2mm， 采用同轴氩气保护， 保护气流量为 10L/min， 设置颗粒 送粉装置的送粉率为 200mg/s， 颗粒送粉装置的粉头与水平面的倾角为 55， 送粉载气流 量为 10L/mi。