雙金屬交織結(jié)構(gòu)等離子弧增材制造技術(shù)研究.pdf

1、材料-結(jié)構(gòu)-功能一體化的初級仿生雙金屬交織結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于到汽車、船艦、金屬茶杯外殼等，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。本文主要是根據(jù)貝殼等生物材料的珍珠母層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出初級仿生的雙金屬交織結(jié)構(gòu)，采用等離子增材制造技術(shù)，對初級仿生的雙金屬交織結(jié)構(gòu)的制備技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　仿照貝殼等生物珍珠母層“磚-橋-泥”的微結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出具有多尺度、強(qiáng)抗沖擊等結(jié)構(gòu)特征的金屬初級仿生結(jié)構(gòu)，選取高氮奧氏體鋼作為硬質(zhì)材料，Cr-Ni奧氏體不銹鋼308L作為軟質(zhì)

2、材料。根據(jù)目前常用的增材制造材料和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇絲材作為雙金屬交織結(jié)構(gòu)制備的材料物理形態(tài)，采用等離子弧作為熱源，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，制定了三種不同的金屬沉積路徑。
　　1、沿著矩形塊長度方向，即X軸方向。
　　2、沿著長度方向往返。
　　3、層與層之間旋轉(zhuǎn)90°交織成形，即X/Y軸兩個(gè)方向。
　　研究結(jié)果表明，根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)以及尺寸要求，得到了合適的焊接參數(shù):焊接電流為:120A，焊接速度為:20cm/min，送絲

3、速度為:0.8m/min。當(dāng)?shù)篱g距為2.5mm時(shí)，增材制造構(gòu)建的表面成形良好，堆敷層較為平整，可以繼續(xù)增加堆敷層。
　　對于高氮鋼和不銹鋼多層多道增材制造，層與層之間沿著Z軸旋轉(zhuǎn)0°、90°、180°，對沿X軸所取的樣的拉伸強(qiáng)度的影響較小，且均是韌性斷裂;旋轉(zhuǎn)90°增材制造所得的樣件的沖擊吸收功略小于不旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)180°的增材制造所得的樣件的沖擊吸收功。但旋轉(zhuǎn)90°之后，能將Y軸方向增加增材制造構(gòu)件的拉伸強(qiáng)度、沖擊吸收功，故選取沿

4、Z軸旋轉(zhuǎn)90°作為層與層之間的堆敷路徑。
　　對于高氮鋼與不銹鋼雙金屬交織結(jié)構(gòu)，由于層與層之間、道與道之間存在著兩種金屬或者同種金屬之間的相互過渡的現(xiàn)象，這使得層與層之間，道與道之間的界面結(jié)合強(qiáng)度有所增加;并導(dǎo)致雙金屬交織結(jié)構(gòu)在微觀角度也存在鑲嵌交織，對于整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此種現(xiàn)象是有利于使設(shè)計(jì)更接近天然生物結(jié)構(gòu)，在一定程度上增加雙金屬交織結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和韌性。
　　改變雙金屬交織結(jié)構(gòu)樣件的成分比例，依次減少不銹鋼含量，增加高氮鋼，