具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

具体实施方式一：结合图1至图8说明，本发明提出的采用叠层金属箔带铺放制坯的薄壁异形构件一体化制造方法，该方法是按照以下步骤进行的：

步骤一、设计预制坯料，制备支撑芯模。对薄壁异形构件进行特征分析，通过理论计算或仿真等方法，简化复杂构件的小特征，从而确定所需要的薄壁预制坯料的形状尺寸，以预制坯料内壁为特征面制备支撑芯模；

步骤二、确定叠层箔带层数比例、结构形式、各层厚度以及添加塑性相的种类；

首先根据构件力学性能需求，确定整体金属间化合物A_xB_y的种类，

确定叠层箔带层数比例：根据薄壁异形构件力学性能需求，确定整体金属间化合物A_xB_y的种类，再结合发明专利(申请号：202010811707.6)步骤三中的计算方法及公式，并通过金属间化合物A_xB_y原子个数比计算单层基体元素 A、B箔带的总厚度比，并调整单层基体元素箔带的层数比为2:1或1:2；

叠层箔带的结构形式：以叠层箔带A-B-A或B-A-B结构形式堆叠；

添加塑性相的原则：1)使薄壁异形构件轴向易产生应力集处不易发生破裂缺陷；2)获得不同厚度处增塑增韧的类层合板结构；3)获得网状加强结构；以箔带的形式添加塑性相C，选择能改变晶格结构，促使滑移系的开动，实现增塑与增韧的元素作为塑性相C，根据需求，确定塑性相C堆叠的厚度和位置；以叠层箔带C-A-B-A或A-C-B-A等结构形式堆叠；

A、B箔带的总厚度通过薄壁异形构件的壁厚与支撑芯模的厚度来确定，再通过单层基体元素A、B箔带的总厚度比及设计的层数计算得到单层元素箔带的厚度，同时根据局部位置所需塑性层厚度及层数计算塑性相元素箔带的厚度；

步骤三、单层箔带、支撑芯模表面预处理。在铺放箔带前，需要在超声波清洗机中有酒精清洗金属箔带表面的油污，清洗后需将金属箔带表面酒精吹干；在支撑芯模外表面涂抹均匀的液态氮化硼后将其吹干，防止后续箔带与支撑芯模反应，便于脱模；

步骤四、叠层箔带辊压层合并添加颗粒状增强相。将单层基体元素箔带以及塑性相元素箔带叠放到一起后形成叠层箔带，进入热辊压系统，可在箔带之间添加颗粒状增强相，叠层箔带通过热辊压处理后形成层合箔带；

步骤五、逐层铺放层合箔带制作预制坯。根据所需零件轴向位置或者径向厚度方向的不同力学性能，选用不同结构形式的层合箔带，再通过制定层合箔带的铺放路径，铺放叠层箔带制作预制坯料；

步骤六、预制坯烧结定形。将带有支撑芯模的叠层预制坯置于加热炉中，加热至熔点较低的金属的熔点之上，并保温0.5-1h，使叠层预制坯定形便于取出支撑芯模；

步骤七、分离预制坯并在其内部填充沙子，对其挤压、烧结、成形。取出支撑芯模后，将充满沙子的叠层预制坯放在模具中，加热模具，冲头进给，挤压预制坯内部沙子，利用沙子传递压力为坯料提供垂直于坯料表面的法向压力，使构件完成预烧结处理并成形；

步骤八、冷却预制坯并清理沙子。从模具中取出预制坯后冷却并清理内部的沙子；

步骤九、对预制坯进行高温反应合成、致密化处理。在高温高压条件下使叠层预制坯进行扩散合成反应和致密化处理，控制温度、气体压强以及保温时间来获得不同相组成和含量的薄壁异形构件；

步骤十、对成形零件进行切割及后处理。切除成形后的薄壁异形构件的工艺段并对端部和表面进行必要的处理。

本实施方式的有益效果是：采用叠层金属箔带铺放制坯的薄壁异形构件一体化制造方法，通过按照一定厚度比例的A、B两种元素箔带叠放一起后形成层合箔带铺放制坯时，可以保证叠层构件局部位置的材料构成不受箔带铺放路径的限制，在任意位置处均可以获得单一特性目标材料组成；通过调整不同元素箔带厚度比以及箔带初始厚度可以调控微观组织相成分，能够设计出不同种类过渡态金属间化合物A_xB_y的层状结构，有助于提升综合力学性；通过以箔带的形式添加塑性相并与A、B两种基体元素箔带叠放并辊压层合，调整含有塑性相的层合箔带的组成及结构形式，同时也可在辊压时在箔带之间添加颗粒状增强相，两种方法都能使薄壁异形构件轴向任意位置处获得加强结构，避免薄壁异形构件由于截面的几何形状、外形尺寸的变化而引起应力集中产生破裂的缺陷，也可在薄壁异形构件径向不同厚度处实现加强，得到类层合板结构，达到异形构件不同特征位置处不同力学性能的目的，此外根据铺放路径的不同，也能获得不同类型的网状加强结构，解决了难以获得综合力学性能较好的薄壁异形构件的问题；通过利用沙子等颗粒介质传递压力使构件完成预烧结处理以及内部加压成形，在压力与温度的共同作用下使得构件完成低温反应合成，利于接下来的高温反应合成高效进行，同时解决了预制坯在热气压胀形时由于相邻箔带间存在间隙而产生漏气现象的难题；此外，预烧结处理以及利用沙子等颗粒介质进行内部加压成形是在一套模具中完成，有效避免由于薄壁构件转移时造成的尺寸精度降低的问题，并且也能减少工序，有效提高生产效率。

具体实施方式二：在步骤二中根据金属间化合物A_xB_y中A原子和B原子的原子个数比，计算A、B箔带的总厚度比并确定单层箔带的厚度，以最终产物为金属间化合物NiAl合金为例进行说明，若使Ni、Al箔带完全反应合成 NiAl合金没有其他过渡金属化合物，所需Ni、Al箔带厚度比为2：3。叠层箔带可按Ni-Al-Ni形式堆叠，选用0.15mm厚的Al箔带，0.05mm厚的Ni箔。此外，为提高NiAl合金构件局部位置的塑性与韧性，以箔带的形式添加塑性第二相(如Cr、Fe等)，此时叠层箔带按Cr-Ni-Al-Ni或Ni-Cr-Al-Ni等形式堆叠，不同叠层箔带的结构形式可改变塑性层在构件中的位置。本发明按 Cr-Ni-Al-Ni形式堆叠，选用0.15mm厚的Al箔带，0.05mm厚的Ni箔带，再根据局部位置所需塑性层厚度及层数，计算选用0.01mm厚的Cr箔带。

本实施方式的有益效果是：以Ni-Al-Ni形式制备的层合箔带，可以保证叠层构件局部位置的材料构成不受箔带铺放路径的限制，在任意位置处均可以获得单一特性目标材料组成；通过调整不同元素箔带厚度比可以调控微观组织的相成分，通过减小初始Ni、Al箔材厚度可以实现NiAl合金晶粒的细化，此外，采用Cr-Ni-Al-Ni形式的层合箔带可以有效引入塑性第二相(如Cr、Fe等)，在一定程度上改变了晶格结构，促使滑移系的开动，也能实现提升材料塑性和韧性的目的。

具体实施方式三：结合图2(a)说明在步骤四中，各层元素箔带通过热辊的辊压作用，使得箔带之间的间隙变小，箔带之间相互粘结。为使预制坯上每层层合箔带厚度相同，所以Cr-Ni-Al-Ni形式与Ni-Al-Ni形式叠层箔带经过热辊后形成Cr-Ni-Al-Ni形式与Ni-Al-Ni形式层合箔带，总厚度应相同控制为 0.1mm,即两种不同形式的每层层合箔带厚度为0.1mm。同时在热辊压过程中通过喷洒装置将增强体TiB₂颗粒添加在叠层箔带上如图2(b)所示；

本实施方式的有益效果是：在叠层箔带缠绕支撑芯模前，对叠层箔带进行加热辊压处理，使松散的多层箔带结合成为一体，提高了叠层箔带致密性，同时也能防止热气胀时由于相邻层箔带间存在的间隙而导致漏气的现象。两种不同形式层合箔带铺放制坯时，可以保证叠层构件局部位置的材料构成不受箔带铺放路径的限制，在任意位置处均可以获得单一特性目标材料组成。此外，热辊压完成后不同形式的每层层合箔带厚度相同，避免了铺放制坯时每层厚度不同导致局部材料分配不均出现起皱缺陷；

具体实施方式四：结合图3、4说明在步骤五中逐层铺放叠层箔带时，任意长度Cr-Ni-Al-Ni形式与Ni-Al-Ni形式叠层箔带均可完全反应，可在铺放叠层箔带时换用上述两种形式叠层箔带，如图4(a)所示可在薄壁异形构件轴向前、中、后三个位置易产生破裂缺陷的位置用Cr-Ni-Al-Ni形式叠层箔带铺放，其他位置换用Ni-Al-Ni形式叠层箔带铺放；也可在薄壁异形构件径向不同厚度处用Cr-Ni-Al-Ni形式叠层箔带铺放，如图4(b)所示在逐层铺放薄壁异形构件时，第一层和第三层等奇数层用Cr-Ni-Al-Ni形式叠层箔带铺放，第二层和第四层等偶数层换用Ni-Al-Ni形式叠层箔带铺放，得到类层合板结构；在制定层合箔带的铺放路径时，叠层箔带铺放至构件一端后，下一层叠层箔带反向交叉铺放，相邻两层叠层箔带都为Cr-Ni-Al-Ni形式叠层箔带即可实现网状加强结构如图4(c)所示。

本实施方式的有益效果是：在薄壁异形构件轴向任意位置处获得加强结构，避免薄壁异形构件由于截面的几何形状、外形尺寸的变化而引起应力集中产生破裂的缺陷，也可在薄壁异形构件径向不同厚度处实现加强，得到类层合板结构，达到异形构件不同特征位置处不同力学性能的目的，提高综合力学性能，此外根据铺放路径的不同，也能获得不同类型的网状加强结构，解决了难以获得综合力学性能较好的薄壁异形构件的问题。

具体实施方式五：结合图5说明整个低温反应合成分为两部分，步骤七中的预烧结处理以及颗粒介质成形过程，在步骤七中取出芯模后，在叠层预制坯内部填满沙子，将充满沙子的叠层坯料放在模具中，颗粒介质成形模具温度加热至550℃-650℃，通过气液增压缸提供压力推动冲头挤压沙子，致使沙子流动，进而使压力传递至叠层坯料表面，压强为5-20MPa，在温度与压力共同作用下保持0.5-4小时至Al层完全反应。

本实施方式的有益效果是：通过利用颗粒介质传递压力使构件完成预烧结处理以及成形，解决了预制坯在热气压胀形时由于相邻箔带间存在间隙而产生漏气现象的难题；此外低温反应合成(预烧结处理以及利用沙子等颗粒介质内部加压成形)在一套模具中完成，有效避免由于薄壁构件转移时造成的尺寸精度降低的问题，并且也能减少工序，有效提高生产效率。

具体实施方式六：结合图6说明在步骤十中高温反应合成以及致密化处理是将热气压胀形后的构件置于热等静压装置中进行，高温反应合成时气体压力为10-50MPa、保温保压2-4h；致密化处理时，温度升至1000-1300℃、气体压力升至50-100MPa、保温保压1-5h。

本实施方式的有益效果是：将成形后的构件置于热等静压装置中，精准控制温度、气体压强以及保温时间三个参数来控制高温反应合成的程度，将剩余的Ni层与Ni₂Al₃层发生后续的反应以形成均质NiAl合金，并利用高压提升构件的致密度。

具体实施方式七：结合图7说明内部填沙、热气压胀形方案，将步骤七、步骤八替换为如下步骤：

1)分离预制坯并在其内填满沙子进行预烧结处理。取出芯模后，将预制坯置于预成形模具中，通过气液增压缸对冲头施加压力进而使沙子充分挤压预制坯完成预烧结处理，压强为5-20MPa，胀形成形模具温度为550℃-650℃，在温度与压力共同作用下保持0.5-4小时；

2)冷却预制坯后清理沙子。从模具中取出预制坯后冷却并清理内部的沙子；

3)对预制坯进行热气压胀形、低温反应合成制备。将叠层预制坯置于胀形成形模具中进行热气压胀形，其中叠层预制坯所受气体压强为5-20MPa，胀形成形模具温度同样为550℃-650℃，在温度与压力共同作用下保持至Al

层完全反应完成低温反应合成制备。

其它步骤与具体实施方式一相同。

本实施方式的有益效果是：通过在获得预制坯后进行填沙及预烧结处理，在压力与温度的共同作用下使得同层和相邻层的叠层箔带间的间隙变小相互粘结，提高叠层箔带的致密性，解决了预制坯在热气压胀形时由于相邻箔带间存在间隙而产生漏气现象的难题。此外，在利用沙子等颗粒介质进行内部加压成形中，沙子的压力传递并不均匀，采用热气胀成形工艺，可以有效保证成形的质量，提高成形构件的精度。

具体实施方式八：结合图8说明外部加压、热气压胀形方案，将步骤七、步骤八替换为如下步骤：

1)将带有支撑芯模的叠层预制坯置于外部沙子介质中；

2)通过加压装置对沙子进行加压，进而使叠层预制坯外部受压，内部由支撑芯模支撑，达到预烧结处理的目的，此时压强为5-20MPa，整个装置温度为550℃-650℃，在温度与压力共同作用下保持0.5-4小时；

3)冷却带有支撑芯模的叠层预制后取出支撑芯模；

4)将叠层预制坯置于胀形成形模具中进行热气压胀形，此时气体压强为 5-20MPa，胀形成形模具温度为550℃-650℃，在温度与压力共同作用下保持至Al层完全反应。

其它步骤与具体实施方式一相同。

本实施方式的有益效果是：通过利用沙子等颗粒介质外部加压的方式也能使得同层和相邻层的叠层箔带间的间隙变小相互粘结，提高叠层箔带的致密性，解决了预制坯在热气压胀形时由于相邻箔带间存在间隙而产生漏气现象的问题，并且无需预成形模具，降低生产成本。