轻金属合金单胞结构、双向梯度晶格结构及其加工方法

本发明属于金属合金加工，具体涉及一种基于激光选区熔化技术的轻金属合金单胞结构、双向梯度晶格结构及其加工方法。

背景技术：

1、轻金属(如铝、镁、钛和锂等金属)合金由于具有低密度、高比强度、优良的疲劳性能、耐腐蚀等众多优异性能已成为重要的结构材料，尤其是轻金属合金梯度晶格结构具有优秀的力学性能表现，因此在航空、航天、石油、化工、医疗和体育器材等领域有着广泛的应用，加之激光选区熔化技术的发展，因其能够逐层制造复杂形状零件，实现材料内部复杂的晶格结构控制，与梯度晶格结构相耦合使得其性能得到进一步提升。然而，如何进一步提升这些轻金属合金的力学性能表现，以及如何设计轻金属合金晶格结构以提升其静态与动态力学响应，仍是当前研究的热点和难点。

技术实现思路

1、基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种基于激光选区熔化技术的轻金属合金单胞结构、双向梯度晶格结构及其加工方法。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种轻金属合金单胞结构，包括四根长度相同的轻金属合金支柱，四根轻金属合金支柱的中点交于同一点构成长方体外轮廓结构。

4、作为优选方案，所述四根轻金属合金支柱的中点交于同一点构成正方体外轮廓结构。

5、作为优选方案，所述轻金属合金为铝、镁、钛或锂合金。

6、本发明还提供一种轻金属合金双向梯度晶格结构，包括数层叠层的多胞层，多胞层由如上任一项方案所述的轻金属合金单胞结构阵列式分布且相邻单胞结构相互连接而成；

7、同一多胞层的轻金属合金支柱的直径相同，不同多胞层的轻金属合金支柱的直径不同；

8、各多胞层的密度，自中间多胞层沿其两侧向外延伸的方向，多胞层的密度依次梯度增大或梯度减小。

9、作为优选方案，所述多胞层的密度与轻金属合金支柱的直径呈正相关。

10、本发明还提供如上任一方案所述的轻金属合金双向梯度晶格结构的加工方法，包括以下步骤：

11、s1、基于轻金属合金双向梯度晶格结构建立三维数字模型；

12、s2、将三维数字模型进行切片分层，生成每层的二维图像轮廓，根据每层的二维图像轮廓生成特定的激光扫描路径；

13、s3、基于轻金属合金双向梯度晶格结构参数，获取激光选区熔化参数，按照特定的激光扫描路径进行逐层加工。

14、作为优选方案，所述激光选区熔化参数包括：激光功率150-300w、扫描速度700-100mm/s、扫描间距0.06-0.12mm、铺粉层厚为20-30μm，基板预热温度为300-400℃。

15、作为优选方案，所述激光选区熔化参数还包括：腔室内压力为0-20mbar，除尘风量17-21m3/h。

16、作为优选方案，所述选区激光熔化成型过程的打印腔室内为惰性气体，腔室内氧含量低于50ppm。

17、作为优选方案，所述惰性气体为氩气、氦气、氖气、氪气、氙气或氡气。

18、本发明与现有技术相比，有益效果是：

19、本发明的轻金属合金单胞结构构成的轻金属合金双向梯度晶格结构具有更高的屈服强度、更强的抗塑性变形能力、更优的能量吸收能力等优秀的力学性能，为激光选区熔化成形高比强度轻量化晶格结构提供了一种新的解决方案，因此可利用其特点应用于航天航空、医疗、工业等领域。

技术特征：

1.一种轻金属合金单胞结构，其特征在于，包括四根长度相同的轻金属合金支柱，四根轻金属合金支柱的中点交于同一点构成长方体外轮廓结构。

2.根据权利要求1所述的轻金属合金单胞结构，其特征在于，所述四根轻金属合金支柱的中点交于同一点构成正方体外轮廓结构。

3.根据权利要求1所述的轻金属合金单胞结构，其特征在于，所述轻金属合金为铝、镁、钛或锂合金。

4.一种轻金属合金双向梯度晶格结构，包括数层叠层的多胞层，多胞层由如权利要求1-3任一项所述的轻金属合金单胞结构阵列式分布且相邻单胞结构相互连接而成；

5.根据权利要求4所述的轻金属合金双向梯度晶格结构，其特征在于，所述多胞层的密度与轻金属合金支柱的直径呈正相关。

6.如权利要求4或5所述的轻金属合金双向梯度晶格结构的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，所述激光选区熔化参数包括：激光功率150-300w、扫描速度700-100mm/s、扫描间距0.06-0.12mm、铺粉层厚为20-30μm，基板预热温度为300-400℃。

8.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，所述激光选区熔化参数还包括：腔室内压力为0-20mbar，除尘风量17-21m3/h。

9.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，所述选区激光熔化成型过程的打印腔室内为惰性气体，腔室内氧含量低于50ppm。

10.根据权利要求9所述的加工方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气、氦气、氖气、氪气、氙气或氡气。

技术总结本发明涉及轻金属合金单胞结构、双向梯度晶格结构及其加工方法；轻金属合金单胞结构，包括四根长度相同的轻金属合金支柱，四根轻金属合金支柱的中点交于同一点构成长方体外轮廓结构。轻金属合金双向梯度晶格结构，包括数层叠层的多胞层，多胞层由如上任一项方案所述的轻金属合金单胞结构阵列式分布且相邻单胞结构相互连接而成；同一多胞层的轻金属合金支柱的直径相同，不同多胞层的轻金属合金支柱的直径不同；各多胞层的密度，自中间多胞层沿其两侧向外延伸的方向，多胞层的密度依次梯度增大或梯度减小。本发明的轻金属合金单胞结构所构成的轻金属合金双向梯度晶格结构具有屈服强度更高、抗塑性变形能力更强、能量吸收能力更强等优良性能。技术研发人员：蔡高参,何山,刘辉受保护的技术使用者：浙江理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26