CN114472921A

CN114472921A - 一种预热非接触式超声辅助直接激光沉积金属材料的方法

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Publication number: CN114472921A
Application number: CN202210031702.0A
Authority: CN
Inventors: 陈岁元; 周林; 马明志; 贾无名; 崔彤; 汪芦婷
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2022-01-12
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2042-01-12
Also published as: CN114472921B

Abstract

本发明提供一种预热非接触式超声辅助直接激光沉积金属材料的方法，包括将超声波发生器设置在激光增材制造装置的机仓内，且超声波发生器的输出端不与基板和沉积层接触；将预热衬底装置装配在基板底部，预热衬底装置对基板进行预热；激光增材制造装置进行激光沉积，且在激光沉积的过程中超声波发生器向熔池输送超声波，预热衬底装置持续预热。本方法在整个沉积过程中可以在不接触基板和不损伤沉积样品表面的情况下以空气为介质向熔池内引入超声波，同时还具有温度场与应力场双协同作用机制，使制备的合金钢材料具有缺陷更少、组织性能强韧性匹配更优的特点，能够满足直接激光沉积高性能金属零件的控形控性应用技术需要。

Description

一种预热非接触式超声辅助直接激光沉积金属材料的方法

技术领域

本发明涉及激光增材技术领域，具体而言是一种预热非接触式超声辅助直接激光沉积金属材料的方法。

背景技术

近年来，由于其独特的加工方法，直接激光沉积作为短流程制造技术的一种，已广泛用于复杂且高性能的大型零件中。然而，在直接激光沉积工艺中会产生一些气孔、裂纹、夹杂等缺陷。这些缺陷的存在将显着降低材料的致密性，并严重影响零件的性能。因此，有必要采取某些措施来控制和减少沉积过程中样品中的缺陷。而引入外部物理场处理以影响激光熔池的凝固行为、控制其组织性能已成为研究热点。因此，如何利用直接激光沉积过程的独特成形方法来引入外部物理场最终达到调整熔池内缺陷、组织、性能的目的具有重大的科学意义与实际的应用价值。

直接激光沉积是一个快热快冷的工艺，激光走过的每个区域都会经历快速熔化和快速冷却的过程，这些区域由于熔化受热膨胀、冷却降温收缩，会产生复杂的拉应力和压应力，样品中各个区域不均匀的应力分布使得最大拉应力超过材料承受的最大强度，则样品发生开裂。此外，沉积过程中金属粉末受激光照射而熔化时将伴随一些冶金反应，并且，由于沉积工艺中存在保护气体使得激光熔池中气泡的产生，在熔池凝固结束后未逸出熔池，最终在样品中形成气孔残留下来。同时，直接激光沉积合金过程是一个典型的非平衡冶金过程，其组织相变、晶粒尺寸与相的数量等都会由于熔池中温度场与应力场的变化而不同，因此，如何科学地通过添加外场因素对激光熔池的凝固过程进行有目的的影响，促进形成具有裂纹气孔缺陷少、组织细化、相的类型与数量不同的合金材料，实现调控成形组织与性能强韧性匹配，已经成为重中之重的科研工作。

针对沉积过程中温度场对沉积金属材料裂纹气孔缺陷的产生及调控合金钢组织的特点，预热的引入可有效降低基材与沉积层之间的温度梯度，进而降低沉积层的残余应力，达到了减缓裂纹萌生的目的，同时预热改变了熔池凝固速度，有利于气孔析出与调控组织结构。而超声的引入可有效细化晶粒、调控沉积层之间的应力分布，并且由于超声引入熔池内会引起熔池流动状态的变化，进而达到了调控气孔与组织的效果。

国内外研究表明，单独的预热和超声的施加都具有明显的调控组织与缺陷的效果，且在工程实践中已经取得了良好的应用。多数引入超声振动的方式是采用基板底部振动和沉积层表面冲击振动，而这些超声波振动方式无法用于高铁制动盘、核电应急柴油轴、轧机等大型复杂金属零件的制造和再制造中，且存在辅助设备难以适用且零件面临损伤的问题。因此，开发一种不损伤零件且有效引入超声波的非接触式超声辅助工艺具有更方便的应用前景。与此同时，如何把预热与非接触式超声两个物理场同时引入直接激光沉积金属材料过程，不仅是一个新的双场协同耦合作用的科学问题，而且也是一个研究发展高效调控沉积金属材料中缺陷与组织性能的新方法。因此，有必要研究两种外场复合辅助直接激光沉积来调控激光熔池凝固行为，建立双场协同作用机制，解决直接激光沉积金属零件过程中容易出现裂纹气孔缺陷与组织性能强韧性匹配较差的难题，获得高性能合金钢零件的双场协同辅助激光直接沉积先进技术，为直接激光沉积技术工业化应用奠定理论与技术基础。

发明内容

根据上述问题，本发明提供一种预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积金属材料的方法，其发明原理是基于温度场与应力场双场协同作用机制和超声辅助方式的改变需求，影响激光熔池非平衡冶金凝固过程，消除气孔裂纹缺陷、细化晶粒和调控组织性能，最终获得具有无缺陷组织性能强韧性匹配的高品质金属材料。通过预热基板，解决基板与沉积层过大温度梯度的问题；通过支架超声波以不接触基板和沉积层的方式，而通过空气介质引入熔池，解决大型零件无法装配超声装置和零件内部的缺陷问题；通过两个外场装置的复合设计，将预热、非接触式超声处理同时引入直接激光沉积金属材料工艺过程中，形成双场辅助直接激光沉积工艺***。通过预热、非接触式超声两种工艺的参数研究，阐明复合工艺技术对缺陷消除与组织性能强韧性匹配的影响规律，建立双场协同调控作用机制；获得预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积高性能金属材料的新方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种预热非接触式超声辅助直接激光沉积金属材料的方法，包括：

将超声波发生器设置在激光增材制造装置的机仓内，且超声波发生器的输出端不与基板和沉积层接触，且超声波发生器的输出端的轴线与基板之间具有夹角α，超声波发生器的输出端的轴线与激光增材制造装置的激光输出端所在轴线相交，且交点位于基板上的熔池内；

清理基板待加工表面，使其保存光亮、无氧化皮；

将衬底预热装置放置于用于激光增材制造装置的工作台面上，且预热衬底装置位于基板底部，预热衬底装置对基板进行预热；

在激光增材制造装置的控制面板上提前设置好相应的激光工艺参数，采用红外测温装置来实时监测基板温度。待基板温度达到所需要的温度时，激光增材制造装置进行激光沉积，且在激光沉积的过程中超声波发生器通过空气介质向熔池输送超声波，预热衬底装置持续预热。

采用控制变量法，基于单一非接触式超声场的最佳工艺参数和优化的激光工艺参数，利用衬底预热装置对基板进行不同温度的预热，采用直接激光沉积工艺按照设计好的扫描路径打印出不同超声参数的样品。

激光沉积结束后，关闭激光增材制造装置、预热衬底装置和超声波发生器。

优选地，α为30-60°。

优选地，超声波发生器的功率为120-600W。

优选地，预热衬底装置的预热温度为50-200℃。

优选地，超声波发生器通过支架悬在基板上方，支架用于固定超声波发射器，且能够调整超声波发生器与基板之间的夹角α。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明中预热-非接触式超声复合辅助的方法在整个沉积过程中可以在不接触基板和不损伤沉积样品表面的情况下以空气为介质向熔池内引入超声波，具有解决传统超声振动方式无法装备在大型零部件的制造这一技术问题的优势。此外，同时有效引入预热和非接触式超声的工艺方法还具有温度场与应力场双协同作用机制，使制备的金属材料具有缺陷更少、组织性能强韧性匹配更优的特点，能够满足直接激光沉积高性能金属零件的控形控性应用技术需要。

基于上述理由本发明可在激光增材制造等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1～3中一种预热非接触式超声辅助直接激光沉积金属材料的方法所使用的装置示意图。

图2是本发明实施示例1中制备的24CrNiMoY合金钢样品的宏观金相示意图。

图3是本发明实施示例1中制备的24CrNiMoY合金钢样品的扫描组织图。

图4是本发明实施示例1中制备的24CrNiMoY合金钢样品的XRD衍射分析图。

图5是本发明实施示例1中制备的24CrNiMoY合金钢样品的EBSD分析图。

图6是本发明实施示例1中制备的24CrNiMoY合金钢样品的硬度数据图。

图7是本发明实施示例1中制备的24CrNiMoY合金钢样品的磨损示意图，其中图(a)为低倍下磨痕形貌，图(b)为图(a)中的中部区域的放大形貌图。

图8是本发明实施示例1中制备的24CrNiMoY合金钢样品的室温拉伸曲线图。

图9是本发明实施示例2中制备的24CrNiMoY合金钢样品的宏观金相示意图。

图10是本发明实施示例2中制备的24CrNiMoY合金钢样品的描组织照图。

图11是本发明实施示例2中制备的24CrNiMoY合金钢样品的XRD衍射分析图。

图12是本发明实施示例2中制备的24CrNiMoY合金钢样品的EBSD分析图。

图13是本发明实施示例2中制备的24CrNiMoY合金钢样品的硬度数据图。

图14是本发明实施示例2中制备的24CrNiMoY合金钢样品的磨损示意图，其中图(a)为低倍下磨痕形貌，图(b)为图(a)中的中部区域的放大形貌图。

图15是本发明实施示例2中制备的24CrNiMoY合金钢样品的室温拉伸曲线图。

图16是本发明实施示例3中制备的24CrNiMoY合金钢样品的宏观金相示意图。

图17是本发明实施示例3中制备的24CrNiMoY合金钢样品的扫描组织图。

图18是本发明实施示例3中制备的24CrNiMoY合金钢样品的XRD衍射分析图。

图19是本发明实施示例3中制备的24CrNiMoY合金钢样品的EBSD分析图。

图20是本发明实施示例3中制备的24CrNiMoY合金钢样品的硬度数据图。

图21是本发明实施示例3中制备的24CrNiMoY合金钢样品的磨损示意图，其中图(a)为低倍下磨痕形貌，图(b)为图(a)中的中部区域的放大形貌图。

图22是本发明实施示例3中制备的24CrNiMoY合金钢样品的室温拉伸曲线图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1～8所示，一种预热非接触式超声辅助直接激光沉积金属材料的方法，包括：

1、通过支架1将超声发生器2(其型号为JZ3000)悬空放置在激光增材制造装置的机仓内，调节支架1使得超声发生器2与基板3水平面呈60°。继续调节支架1使得超声发生器2的输出端的轴线与激光增材制造装置的激光输出端4(其型号为FL-Dlight02-3000W)所在轴线相交，且交点位于基板3(其材料为Q235基板)上的熔池内；且超声发生器2的输出端距离基板3上的红光标识(激光输出端3发射到基板3上的标识)的直线距离位置为2cm。

2、将超声发生器2与超声发生器2的超声控制面板5设备连接，并在超声控制面板5设置超声功率带宽为60％，即此时输出的超声功率为360W，振幅为21μm。

3、在激光输出端4的激光控制面板6上调整好激光工艺参数(激光能量密度83.3J/mm²)、搭接率为40％等激光工艺参数。调整激光输出端4的离焦量为304mm。

4、将衬底预热装置7(其型号为DB-XAB)置于基板3底部，将衬底预热装置7的预热温度设置为50℃。

5、利用DT1310表对基板3进行实时测温，待基板3温度达到了50℃时，点击超声控制面板5的“Run”和激光控制面板6“自动-启动”，开始进行预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积合金钢样品。在激光增材过程中以24CrNiMoY合金钢为送粉原料，通过蛇形扫描方式制备出24CrNiMoY合金钢样品，且保护气为Ar。

6、待多层多道样品打印结束后，点击超声控制面板5的停止按钮、激光控制面板6的停止按钮和关闭衬底预热装置7。

采用电火花切割机切取所需要尺寸的样品，并对其进行组织、性能表征。对本实施例制备的直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品，进行如下分析测试：

(1)实施例1中24CrNiMoY合金钢样品的金相与致密度分析：

对本实施例制备的合金钢样品进行宏观金相分析，如图2所示。在合金钢样品的层与层之间结合良好，未观察到大的未熔合间隙，采用阿基米德排水法测得该样品的致密度为99.63％，这归因于超声的引入与预热的施加，同时协同辅助下有助于熔池内气泡的逸出进而获得不错的致密度。

(2)实施例1中24CrNiMoY合金钢样品的扫描组织分析：

图3所示为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的SEM形貌，主要由上贝氏体和下贝氏体组织组成。可以清晰看到短棒状的θ-渗碳体就沿着贝氏体铁素体(BF)主轴的方向呈平行排列，这是典型的上贝氏体的特征。这种混合贝氏体组织具有较好的强硬度。

(3)实施例1中24CrNiMoY合金钢样品的XRD衍射分析：

图4为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的X射线衍射图谱，24CrNiMoY合金钢样品的主要物相是α-Fe固溶体相。

(5)实施例1中24CrNiMoY合金钢样品的EBSD分析：

图5为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的EBSD数据分析。对其大小角度晶界进行统计，其大角度晶界比例为47.2％，小角度晶界比例为52.8％，<111>孪晶界比例为13.5％，原奥氏体晶界尺寸为2.5μm。

(6)实施例1中24CrNiMoY合金钢样品的硬度数据分析：

图6为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的显微硬度分布图，其平均显微硬度为366.4±39HV_0.2。

(7)实施例1中24CrNiMoY合金钢样品的磨损数据分析：

图7为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的磨痕形貌，对磨损样品前后称重获得其磨耗为1.4mg。

(8)实施例1中24CrNiMoY合金钢样品的拉伸数据分析：

图8为本实施例中24CrNiMoY合金钢样品的室温拉伸曲线，直接激光沉积合金钢的抗拉强度达到1026MPa，平均延伸率为12.3％。

实施例2

如图1、9～15所示，本实施例与实施例1的不同之处在于衬底预热装置7的预热温度为100℃。

(1)实施例2中24CrNiMoY合金钢样品的金相与致密度分析：

对本实施例制备的合金钢样品进行宏观金相分析，如图9所示。在合金钢样品的层与层之间未观察到间隙，采用阿基米德排水法测得该样品的致密度为99.83％。相比于实施例1，本示例的样品致密度明显增加，说明在该示例参数下，熔池内的超声波与预热温度加速了气泡的逸出，有助于获得高致密度的样品。

(2)实施例2中24CrNiMoY合金钢样品的扫描组织分析：

图10所示为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的SEM形貌，主要由上贝氏体、下贝氏体和GB2粒状贝氏体组织组成。且在贝氏体铁素体板条束中间出现了许多细小的沉淀碳化物，这些沉淀分布的碳化物与BF板条束生长方向呈50-80°，这是下贝氏体组织典型的特征。此外，还观察到少了块状的贝氏体铁素体基体和短棒状沿板条生长的岛状结构，这是GB2粒状贝氏体的形态。此时组织中粒状贝氏体的存在归因于预热温度的升高，满足了GB2型粒状贝氏体的形成环境。这种混合贝氏体组织具有较好的强韧性匹配。

(3)实施例2中24CrNiMoY合金钢样品的XRD衍射分析：

图11为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的X射线衍射图谱，24CrNiMoY合金钢样品的主要物相是α-Fe固溶体相和γ-Fe相构成。

(4)实施例2中24CrNiMoY合金钢样品的EBSD分析：

图12为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的EBSD数据分析。对其大小角度晶界进行统计，其大角度晶界比例为57.0％，小角度晶界比例为43.0％，<111>孪晶界比例为26.3％，原奥氏体晶界尺寸为0.9μm。此时相比于实施例1数据，晶粒尺寸得到细化且小角度晶界减小，这些归因于预热温度的升高，引起了熔池内组织转变过程的变化。

(5)实施例2中24CrNiMoY合金钢样品的硬度数据分析：

图13为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的显微硬度分布图，其平均显微硬度为390.6±54HV_0.2。硬度值的升高归因于此时样品晶粒尺寸的细化。

(6)实施例2中24CrNiMoY合金钢样品的磨损数据分析：

图14为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的磨痕形貌，观察到本实施例2中合金钢样品磨痕形貌中的梨沟较浅，且只有些许颗粒剥落。对磨损样品前后称重获得其磨耗为0.9mg。磨耗的减少，预示着耐磨性的提高，这主要归因于适当的非接触式超声和预热的引入有助于获得细小且均匀分布的显微组织，因此有利于耐磨性的提高。

(7)实施例2中24CrNiMoY合金钢样品的室温拉伸分析：

图15为本实施例中24CrNiMoY合金钢样品的室温拉伸曲线，相比于实施例1中合金钢样品，本实施例2中样品的抗拉强度为1061MPa，平均延伸率为15.8％。此时样品的拉伸性能得到明显改善，这主要归因于此时合金钢样品致密性的提高，且晶粒尺寸得到显著细化。

实施例3

如图1、16～22所示，本实施例与实施例1的不同之处在于衬底预热装置7的预热温度为200℃。

采用电火花切割机切取所需要尺寸的样品，并对其进行组织、性能表征。

(1)实施例3中24CrNiMoY合金钢样品的金相与致密度分析：

对本实施例制备的合金钢样品进行宏观金相分析，如图16所示。在合金钢样品的层与层之间观察到了间隙，采用阿基米德排水法测得该样品的致密度为99.63％。此时致密度的下降说明双场协同下预热温度的进一步升高，使得熔池内冶金反应产生了大量的气泡，使得部分气泡来不及逸出熔池，而残留下来，导致了气孔间隙的残留。

(2)实施例3中24CrNiMoY合金钢样品的扫描组织分析：

图17所示为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的SEM形貌，主要由少量上贝氏体和粗大的粒状贝氏体组织组成。组织的粗化主要是此时双场协同下的预热温度太高，使得熔池内温度更高，进而使得此时贝氏体组织发生粗化。

(3)实施例3中24CrNiMoY合金钢样品的XRD衍射分析：

图18为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的X射线衍射图谱，24CrNiMoY合金钢样品的主要物相是α-Fe固溶体相。

(4)实施例3中24CrNiMoY合金钢样品的EBSD分析：

图19为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的EBSD数据分析。对其大小角度晶界进行统计，其大角度晶界比例为53.5％，小角度晶界比例为46.5％，<111>孪晶界比例为11.3％。由于预热温度的进一步升高，使得原奥氏体晶界尺寸粗化为5.9μm。

(5)实施例3中24CrNiMoY合金钢样品的硬度数据分析：

图20为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的显微硬度分布图，由于此时组织为粗大的粒状贝氏体，且晶粒尺寸的粗化，因此其平均显微硬度明显降低，为330.6±70HV_0.2。

(6)实施例3中24CrNiMoY合金钢样品的磨损数据分析：

图21为预热-非接触式超声复合辅助直接激光沉积24CrNiMoY合金钢样品的磨痕形貌，观察到本实施例中合金钢样品的磨痕梨沟比较重且存在严重的氧化粘着磨损，对磨损样品前后称重获得其磨耗为5.3mg。相比实施例1与实施例2中的合金钢样品，由于此时样品组织为粒状贝氏体，而粒状贝氏体组织强硬度较低，因此本实施例3中合金钢样品的耐磨性下降。

(7)实施例3中24CrNiMoY合金钢样品的室温拉伸分析：

图22为本实施例中24CrNiMoY合金钢样品的室温拉伸曲线，相比于实施示例2中合金钢样品，本实施例3中样品的抗拉强度为675MPa，平均延伸率为13.9％。由于此时合金钢样品层与层之间出现未熔合的气孔缺陷，使得样品致密性的降低，且此时合金钢样品的组织为粗大的粒状贝氏体，使得合金钢样品的拉伸性能相比于实施例1和实施例2而明显被降低。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种预热非接触式超声辅助直接激光沉积金属材料的方法，其特征在于，包括：

将超声波发生器设置在激光增材制造装置的机仓内，且所述超声波发生器的输出端不与基板和沉积层接触，且所述超声波发生器的输出端的轴线与所述基板之间具有夹角α，所述超声波发生器的输出端的轴线与所述激光增材制造装置的激光输出端所在轴线相交，且交点位于所述基板上的熔池内；

将预热衬底装置装配在所述基板底部，所述预热衬底装置对所述基板进行预热；

激光增材制造装置进行激光沉积，且在激光沉积的过程中所述超声波发生器向所述熔池输送超声波，所述预热衬底装置持续预热；

激光沉积结束后，关闭所述激光增材制造装置、所述预热衬底装置和所述超声波发生器。

2.根据权利要求1所述的一种预热非接触式超声辅助直接激光沉积金属材料的方法，其特征在于，所述α为30-60°。

3.根据权利要求1所述的一种预热非接触式超声辅助直接激光沉积金属材料的方法，其特征在于，所述超声波发生器的功率为120-600W。

4.根据权利要求1所述的一种预热非接触式超声辅助直接激光沉积金属材料的方法，其特征在于，所述预热衬底装置的预热温度为50-200℃。

5.根据权利要求1所述的一种预热非接触式超声辅助直接激光沉积金属材料的方法，其特征在于，所述超声波发生器通过支架悬在所述基板上方。