颗粒增强铝基复合材料熔滴复合电弧增材制造装置及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115055699A(43)申请公布日2022.09.16(21)申请号202210726679.7B33Y10/00(2015.01)(22)申请日2022.06.24B33Y30/00(2015.01)C22C1/04(2006.01)(71)申请人西安交通大学C22C1/05(2006.01)地址710049陕西省西安市咸宁西路28号B22F12/20(2021.01)(72)发明人魏正英贺鹏飞杜军王勇超B22F12/90(2021.01)(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任B22F12/53(2021.01)公司61200B22F10/85(2021.01)专利代理师高博B22F10/31(2021.01)(51)Int.Cl.B22F12/00(2021.01)B22F10/22(2021.01)B22F10/25(2021.01)B22F10/20(2021.01)B22F12/50(2021.01)B22F12/55(2021.01)权利要求书2页说明书11页附图4页(54)发明名称颗粒增强铝基复合材料熔滴复合电弧增材制造装置及方法(57)摘要本发明公开了一种颗粒增强铝基复合材料熔滴复合电弧增材制造装置及方法，包括熔滴发生系统、增强颗粒送粉装置和电弧热源，熔滴发生系统包含气压驱动单元、坩埚熔炼单元、迷宫流道组件和石墨喷头，用于产生可控熔滴流，基于迷宫流道的流量控制组件确保了射流状态和射流流量的稳定可控。增强颗粒送粉装置用于颗粒增强相的定向/定量输送，双喷嘴送粉方式有利于保证颗粒植入的均匀性。成形过程中，铝熔滴和颗粒增强相共同送入电弧熔池，随着电弧熔池的运动和凝固，颗粒增强相能够分散在铝基体内部，以逐道/逐层堆积的方式形成复合材料构件，最终实现铝合金/颗粒增强铝基复合材料构件高质量、高效率和低成本增材制造。CN115055699ACN115055699A权利要求书1/2页1.颗粒增强铝基复合材料熔滴复合电弧增材制造装置，其特征在于，包括熔滴发生系统，熔滴发生系统用于产生铝熔体射流(31)，包括熔炼坩埚(11)，熔炼坩埚(11)的上部设置有水冷顶盖组件，熔炼坩埚(11)的下部经流量控制组件(15)与喷头(17)连接，流量控制组件(15)内部设置有具有周期性的迷宫式流道结构，喷头(17)的一侧设置有电弧热源和增强颗粒送粉装置，电弧热源用于产生电弧熔池(34)，增强颗粒送粉装置用于将气体和增强颗粒混合形成粉末流(33)，铝熔体射流(31)离散为熔滴(32)后与粉末流(33)一起进入电弧熔池(34)内，随电弧熔池的运动和凝固形成颗粒增强铝基复合材料沉积层，经逐道/逐层沉积形成目标颗粒增强铝基复合材料构件(28)。2.根据权利要求1所述的颗粒增强铝基复合材料熔滴复合电弧增材制造装置，其特征在于，水冷顶盖组件包括水冷顶盖(1)，水冷顶盖(1)上设置有冷却水入口(2)、冷却水出口(5)、材料添加入口(7)和进/出气口(8)，水冷顶盖(1)内部设置有顶盖水冷腔(1‑1)，冷却水进口(2)和冷却水出口(5)之间设置有冷却系统(6)，冷却水通过冷却水进口(2)进入顶盖水冷腔(1‑1)，并从冷却水出口(5)返回至冷却系统(6)。3.根据权利要求2所述的颗粒增强铝基复合材料熔滴复合电弧增材制造装置，其特征在于，水冷顶盖(1)上设置有压力传感器(3)和激光距离传感器(4)，压力传感器(3)和激光距离传感器(4)分别与气压驱动系统(9)连接。4.根据权利要求2所述的颗粒增强铝基复合材料熔滴复合电弧增材制造装置，其特征在于，水冷顶盖(1)的下侧与熔炼坩埚(11)之间设置有顶盖散热片(1‑2)，顶盖散热片(1‑2)与熔炼坩埚(11)之间设置有高温密封圈(10)，熔炼坩埚(11)的外部设置有感应加热线圈(22)，感应加热线圈(22)与感应加热电源(23)电连接。5.根据权利要求1所述的颗粒增强铝基复合材料熔滴复合电弧增材制造装置，其特征在于，熔炼坩埚(11)的底部设置有过滤法兰(14)，熔炼坩埚(11)和过滤法兰(14)之间设置有陶瓷过滤片(13)；过滤法兰(14)的底部设置有转接法兰(16)，流量控制组件(15)设置在过滤法兰(14)和转接法兰(16)之间，转接法兰(16)、流量控制组件(15)、过滤法兰(14)和熔炼坩埚(11)之间以叠层的方式布置；转接法兰(16)的底部与喷头(17)连接，喷头(17)外部设置有加热套(18)，加热套(18)与温控仪(21)电连接。6.根据权利要求1所述的颗粒增强铝基复合材料熔滴复合电弧增材制造装置，其特征在于，熔炼坩埚(11)上设置有坩埚测温孔(11‑1)，坩埚测温孔(11‑1)内设置有坩埚热电偶(19)，喷头(17)上设置有喷头测温孔(