一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板及制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板及制造方法，所述方法包括如下步骤：（1）利用多齿刀具切削金属棒以获得一定直径的金属纤维；（2）利用孔隙率与金属纤维质量的对应关系量取金属纤维，然后均匀放置于模具凹槽中压制；（3）在激光烧结前取出模具盖板，将模具放入激光烧结仪器内（4）调整烧结区域，烧结形状与大小，烧结层数，烧结速率和功率大小（5)关上仪器舱门，通氮气5分钟，排除空气，确保无氧环境(6)启动仪器，开始烧结程序(7)程序结束后，取出模具即可。本发明将激光烧结快速成型技术应用到金属纤维板的制作中，利记博彩app简单，相比于传统的固相烧结技术，可以实现不同形状的梯度组合，并且更有利于大规模生产。
【专利说明】一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属纤维烧结板及制造方法，特别是涉及一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板及制造方法。
【背景技术】
[0002]金属纤维烧结板具有三维网状结构、高精度全连通的孔径和高达70%?99%的孔隙率，压力损失很低，优良的延展性，流通性好、阻力损失小、承压强度高等优越特性，是一种新型的金属多孔材料。适合作为各种催化反应的载体、过滤器材，隔音材料等的使用，在石油、化工、电子、汽车、机械等行业迅速得到了推广应用。金属纤维烧结板与传统的粉末过滤材料相比具有高强度、高容尘量、使用寿命长等特点，与丝网过滤材料相比具有过滤精度闻、透气性好、比表面积大和毛细管功能等特点，尤其适用于闻温、闻粘度、有腐蚀介质等恶劣条件下的过滤。金属纤维烧结板附加值高，具有优异的、独特的性能，具有很大市场潜力，有着广范的应用价值。
[0003]近年来，随着金属多孔材料应用领域的不断扩大，对金属多孔材料的产能和性能提出了更高的要求。目前常用的金属纤维烧结板的利记博彩app大多为固相烧结成型，成型过程复杂，耗时长，过程中容易发生氧化，并且纤维板的形状也受模具类型的限制。为了克服上述缺点，本发明将激光快速成型技术应用到金属纤维板的制作过程中，在制备的过程中取得了不错的成效。激光是较早应用到快速成形领域的高能束流，基于激光的快速成形技术非常多，并且其设备的研究开发、应用都比较成熟。据了解，以往的激光快速成型技术大都分为两类工艺，一类是采用同轴输送原料粉末，激光熔化粉末，并经数控定位、逐步堆积微滴单元而成目标形状的零件。该工艺在成形制造致密零部件领域应用广泛，但在形状复杂，有悬空结构的多孔金属材料中应用难度较大。另一类是在成形平面先铺设薄层原料粉末，使激光根据目标零件分层后的二维平面信息，选择熔化区域，然后逐层铺粉并逐层选择熔覆，层层堆积得最终零件。这类工艺主要有激光选区烧结(Selective lasersintering, SLS)和激光选区熔化技术(Selective laser melting, SLM),特点是可成形形状复杂、尺寸精密的细小零件，并在制备多孔金属材料领域具备优势。本发明将激光快速成型技术的第二类工艺合理应用到多孔金属纤维板的制作工艺中，利用此技术制作出来的梯度孔隙结构的金属纤维烧结板具有成型效率高，烧结点分布合理等特点，并且可以便捷地实现不同形状的梯度组合。
[0004]
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供了一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板及制造方法，成型效率高，应用激光快速成型技术制作多孔结构的金属纤维烧结板。
[0006]本发明通过下述技术方案实现。 一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板的制造方法，包括如下步骤:
(1)在车床上，使用多齿刀具，车削加工出尺寸均匀，表面具有多茸微结构的金属纤维；
(2)将金属纤维，按长度要求剪成多段，得到金属纤维段，选定模具，在模具的凹槽内不同区域添加不同质量的金属纤维段；所述模具包括凹槽、挡板、压制板和压制盖板；
(3)采用所述压制板将添加的金属纤维分区均匀压制在模具的凹槽内，再采用压制盖板进行预压，得到多梯度孔隙结构金属纤维；
(4)移除压制盖板，将模具水平放入激光烧结仪器；
(5)根据不同的金属材料,设定激光烧结仪器的激光扫面速度、扫描方式和烧结功率参数，设定好激光烧结区域形状、大小和位置；
(6)关上激光烧结仪器的腔门，通入保护气体氮气5?10分钟，排除仪器内空气；
(7)启动仪器，进行激光烧结，待激光扫描过程完毕后，使模具在仪器内自然冷却，将模具取出，得到一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板。
[0007]上述方法中，所述步骤(I)中使用的金属纤维包括铝合金纤维或不锈钢纤维；所述车削的进给量0.1?0.3mm/r,转速40?75r/min,背吃刀量0.1?0.2mm。
[0008]上述方法中，所述步骤(2)金属纤维的直径为100 μπΓ?50 ym，纤维段的长度为10 mnT20mmo
[0009]上述方法中，步骤(3)所述孔隙率计算公式为:E=1- (m / pv)，其中E为孔隙率，m为金属纤维段的质量，P为金属纤维的密度，V为模具容腔体积。
[0010]上述方法中，所述预压的预压时间为l_2h，在即将开始烧结前才能除去模具盖板，以保证纤维段的紧密搭接。
[0011]上述方法中，所述步骤(3)中所述根据不同孔隙率分区预压是多梯度孔隙结构纤维毡的制造方法。
[0012]上述方法中，所述梯度孔隙结构金属纤维烧结板是指所述烧结板包含有一种以上不同孔隙率。
[0013]上述方法中，步骤(3)所述将添加的金属纤维分区均匀压制在模具的凹槽内，具体步骤为:先将一块以上的挡板置于模具凹槽内，将凹槽剩余部分用金属纤维均匀放置其中，接着移走一块挡板空出部分凹槽，用同样操作将金属纤维放置于空出的部分凹槽中，依次同样操作直至整个凹槽内均匀放置有金属纤维，每次放置的金属纤维质量相同或不同，最后通过压制板压紧，再通过拧紧夹紧机构的螺丝将模具与压制盖板夹紧，所述模具的凹槽为矩形、方形或圆形。
[0014]上述方法中，步骤(5)中，当所选金属材料为不锈钢时，功率为120— 180W，扫描速度为600— 800mm/s，保护气体为氮气，扫描方式为S型正交层间错开方式，扫描间距为0.05—0.08mm，离焦量为O ;当所选材料为铝合金时，功率为150— 200W，扫面速度为400—600mm/s,保护气体为氩气，扫描方式为S型正交层间错开方式，扫描间距为0.05—0.08mm,离焦量为O。上述方法中，步骤(5)中所述设定激光烧结区域形状、大小和位置，激光烧结区域的形状可以自由设定，例如矩形、圆形、三角形等，由此可以实现不同形状的梯度复合。
[0015]本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果:传统的固相烧结技术，烧结耗时长达7、小时，而激光烧结快速成型技术烧结时长为2(T40min。本发明用切削办法制取金属纤维，利用金属纤维受激光作用后良好的烧结特性，制得梯度孔隙结构的金属纤维烧结板。本发明制作作方法简单，价格便宜，相比于传统的固相烧结技术，可以实现不同形状的梯度组合，并且将更有利于大规模生产。通过切削加工工艺，制造出具有微观茸状结构特征的金属纤维，具有易通过烧结连结的特性，可以使本烧结板的成型结构更均匀，综合性能更加出众。
[0016]本发明所公开的梯度孔隙结构的金属纤维烧结板，利用烧结板结构上区域化的孔隙率梯度差异化分布，同时通过流体压力的自修正作用，能够使流经以该烧结板为载体的流体具有被动调节，提高其在载体中分布均匀化程度的独特性能。并以此提高烧结板的利用效率及流体的反应及作用速率。
[0017]
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为双梯度结构矩形金属纤维烧结板示意图；
图2为三梯度结构矩形金属纤维烧结板示意图；
图3为圆形金属纤维烧结板示意图；
图4为金属纤维烧结板压制示意图；
图5为档板的结构不意图；
图6为压制板的结构示意图；
图7为移除压制盖板后的待烧结模具示意图；
图8为夹紧机构的示意图。
[0019]
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0021]图4-图8中为相关模具图，所述模具包括压制板1、挡板2、凹槽3、螺母4、压制盖板5和螺栓6。
[0022]实施例1
本发明的梯度孔隙结构金属纤维烧结板的制造方法，由304不锈钢作为金属材料实施，包括如下步骤:
(1)用外圆车刀对不锈钢棒表面进行车削外圆，以去除棒表面粗糙部分，使不锈钢棒圆整，表面光洁、无锈；
(2)利用切削法(转速105r/min，每次进给量0.15)，采用大刃倾角多齿状刃刀具(专利号:200610124078.X)加工出表面粗糙，尺寸均匀的不锈钢纤维；纤维直径为10um?150um、长度为200mm以上；
(3)将不锈钢纤维，按长度要求剪成多段，得到不锈钢纤维段；纤维段的长度为15mm；
(4)用天平称量不锈钢纤维段的质量，根据孔隙率与质量之间的关系，确定孔隙率的大小；所述孔隙率与质量之间的关系为E=l-(m / pv)，其中E为孔隙率，m为金属纤维段的质量，P为金属纤维的密度，V为模具容腔体积，本实施例制备双梯度孔隙结构的不锈钢纤维烧结板，分别称取质量13.3224g和8.8816g的不锈钢纤维段。
[0023](5)压制具有不同孔隙率的多梯度结构烧结板时:先用图5所示挡板置于图4所示模具凹槽一侧，将凹槽剩余部分用孔隙率对应质量的金属纤维均匀放置其中，接着将所述的挡板移走，用同样的方法将另外一个孔隙率对应的金属纤维放置于凹槽中，直至所有的金属纤维全部均匀放置于凹槽中，最后通过图6所示压制板压紧，再通过拧紧夹紧机构的螺丝将模具与压制盖板夹紧，如图8所示。所述模具的凹槽为矩形，模具容腔体积为5.6cm3 ；
(6)如图7，模具压紧Ih后，移除模具盖板，将模具放入激光烧结仪器DiMetal-1OO；
(7)调节仪器的烧结参数，设定好激光烧结区域大小和位置，用定位光束定位，调整好模具在烧结腔里的位置；所选烧结参数为功率140W，扫描速度600mm/s，保护气体为氮气，扫描方式S型正交层间错开方式,扫描间距0.06mm,离焦量为O ;
(8)关上腔门，通入保护气体氮气约5分钟，确保排除仪器内空气后，启动仪器。烧结结束后，冷却约5分钟，将模具取出即可得到梯度孔隙结构的不锈钢纤维激光烧结板；
其中:图1为双梯度孔隙结构的不锈钢纤维烧结板，孔隙率分别为70%和80% ;图4为梯度孔隙结构的不锈钢纤维烧结板压制示意图；图5为档板的结构示意图；图6为压制板的结构示意图；图8为梯度孔隙结构的不锈钢纤维烧结板整体夹紧过程示意图。
[0024]实施例2
选用招合金(6061)作为金属材料实施
步骤与实施例1 一致，激光烧结参数功率为160W，速度为500mm/s，保护气体为氩气。本实施例制备三梯度孔隙结构的铝合金纤维烧结板，分别称取质量为4.62g、3.08g.和1.54g的铝合金纤维段；压制三梯度孔隙结构的铝合金纤维烧结板的压制步骤为:先用两块挡板并列置于模具凹槽一侧，占据三分之二的凹槽，然后将凹槽剩余部分用孔隙率对应质量的金属纤维均匀放置其中，接着将所述的挡板移走交换位置，用同样的方法将另外两个孔隙率对应的金属纤维放置于凹槽中，直至所有的金属纤维全部均匀放置于凹槽中，最后通过压制板压紧，并通过拧紧夹紧机构的螺丝将模具与压制盖板夹紧。所述模具的凹槽为矩形，模具容腔体积为5.6cm3。
[0025]图2为三梯度孔隙结构的铝合金纤维烧结板，孔隙率分别为70%、80%和90%。
[0026]实施例3
选用招合金(6061)作为金属材料实施
步骤与实施例1 一致，激光烧结参数功率为160W，速度为500mm/s，保护气体为氩气。本实施例制备单梯度孔隙结构的铝合金纤维烧结板，称取质量为0.7775g的铝合金纤维段；压制单梯度孔隙结构的铝合金纤维烧结板的压制步骤为:将凹槽(圆形)用孔隙率对应质量的金属纤维均匀放置其中，通过压制板压紧，并通过拧紧夹紧机构的螺丝将模具与压制盖板夹紧。所述模具的凹槽为圆形，模具容腔体积为1.4137cm3。
[0027]图3为单梯度孔隙结构的铝合金纤维烧结板，孔隙率为80%。
[0028]本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)在车床上，使用多齿刀具，车削加工出尺寸均匀，表面具有多茸微结构的金属纤维； (2)将金属纤维，按长度要求剪成多段，得到金属纤维段，选定模具，在模具的凹槽内不同区域添加不同质量的金属纤维段；所述模具包括凹槽、挡板、压制板和压制盖板； (3)采用所述压制板将添加的金属纤维分区均匀压制在模具的凹槽内，再采用压制盖板进行预压，得到多梯度孔隙结构金属纤维； (4)移除压制盖板，将模具水平放入激光烧结仪器； (5)根据不同的金属材料,设定激光烧结仪器的激光扫面速度、扫描方式和烧结功率参数，设定好激光烧结区域形状、大小和位置； (6)关上激光烧结仪器的腔门，通入保护气体氮气5?10分钟，排除仪器内空气； (7)启动仪器，进行激光烧结，待激光扫描过程完毕后，使模具在仪器内自然冷却，将模具取出，得到一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板。
2.根据权利要求1所述的梯度孔隙结构金属纤维烧结板的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中使用的金属纤维包括铝合金纤维或不锈钢纤维；所述车削的进给量0.1 ?0.3mm/r,转速 40?75r/min,背吃刀量 0.1 ?0.2mm。
3.根据权利要求1所述的梯度孔隙结构金属纤维烧结板的制造方法，其特征在于，所述步骤(2)金属纤维的直径为100 μπΓ?50 μ m,纤维段的长度为10 mnT20mm。
4.根据权利要求1所述的梯度孔隙结构金属纤维烧结板的制造方法，其特征在于，步骤(3)所述孔隙率计算公式为:E=1- (m / pv)，其中E为孔隙率，m为金属纤维段的质量，p为金属纤维的密度，v为模具容腔体积。
5.根据权利要求1所述的梯度孔隙结构金属纤维烧结板的制造方法，其特征在于，所述预压的预压时间为l_2h。
6.根据权利要求1所述的梯度孔隙结构金属纤维烧结板的制造方法，其特征在于，所述梯度孔隙结构金属纤维烧结板是指所述烧结板包含有一种以上不同孔隙率。
7.根据权利要求1所述的梯度孔隙结构金属纤维烧结板的制造方法，其特征在于，步骤(3)所述将添加的金属纤维分区均匀压制在模具的凹槽内，具体步骤为:先将一块以上的挡板置于模具凹槽内，将凹槽剩余部分用金属纤维均匀放置其中，接着移走一块挡板空出部分凹槽，用同样操作将金属纤维放置于空出的部分凹槽中，依次同样操作直至整个凹槽内均匀放置有金属纤维，每次放置的金属纤维质量相同或不同，最后通过压制板压紧，再通过拧紧夹紧机构的螺丝将模具与压制盖板夹紧，所述模具的凹槽为矩形、方形或圆形。
8.根据权利要求1所述的梯度孔隙结构金属纤维烧结板的制造方法，其特征在于，步骤(5)中，当所选金属材料为不锈钢时，烧结功率为120— 180W，扫描速度为600—800mm/s，保护气体为氮气，扫描方式为s型正交层间错开方式，扫描间距为0.05一0.08mm,离焦量为0 ;当所选材料为铝合金时，烧结功率为150—200W，扫面速度为400—600mm/s，保护气体为IS气，扫描方式为s型正交层间错开方式,扫描间距为0.05一0.08mm,离焦量为0。
9.由权利要求1-8任一项所述的方法制备得到一种梯度孔隙结构金属纤维烧结板。
【文档编号】B22F3/11GK104259460SQ201410490831
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】王清辉, 黄钟鸣, 陆青, 刘杰, 周伟, 孙道恒, 李静蓉 申请人:华南理工大学