本发明属于增材制造领域，具体涉及一种兼具高耐磨和导热性能的铝合金鞋楦及其高效成型方法和应用。

背景技术：

1、鞋楦是鞋子的成型模具，决定鞋子的基本形状，包括鞋面的弧度、鞋头的形状(如尖头、圆头)、鞋跟的高度和形状等诸多方面。在制鞋工业中，鞋楦为批量生产鞋子提供了统一的标准。优质的鞋楦是制造高质量鞋子的前提。

2、现阶段鞋楦的主要材质主要分为木材、聚合物和金属。相较于其他材料的鞋楦，金属鞋楦具有诸多不可替代的优势，如：(1)具有较高的抗压强度。在制作如工作鞋等需要承受较大外力的鞋子时，能更好地保持鞋型，防止变形，确保鞋子在使用过程中的结构稳定；(2)耐温性能好。在生产注塑鞋、模压鞋、硫化鞋等需要高温高压工艺的鞋类时，金属鞋楦不会因高温而变形，可保证成鞋的质量和尺寸精度，满足大规模工业化生产的需求；(3)尺寸精度高。金属鞋楦可通过精确的加工工艺制造，能达到较高的尺寸精度，保证每双鞋的形状和尺寸高度一致，有助于提高生产效率和产品质量，尤其适用于对尺寸精度要求高的鞋类生产；(4)使用寿命长。金属材质坚固耐用，不易磨损、破裂，使用寿命长，可反复使用，减少了因鞋楦损坏而更换的频率，降低了生产成本；(5)可修复性强。金属鞋楦若出现局部损坏或变形，可通过修复工艺恢复其形状和性能，而木材和塑料鞋楦的修复难度相对较大。

3、金属鞋楦的常用制造方法有铸造、锻造、焊接和增材制造等。相较于其他的金属鞋楦制造方法，增材制造可快速制造出复杂形状和结构，无需传统的模具，缩短了生产周期，降低了成本，尤其适合小批量、个性化的鞋楦制造。现阶段制造金属鞋楦时应用最多的方法为激光选区熔化技术(selective laser melting,slm)，该方法具有成形精度高，能够成形结构复杂制件的特点，但由于金属鞋楦多采用铝合金为材料(良好的导热性和轻质耐腐蚀，成本低)，铝合金对激光具有极高的反射率，这就导致铝合金鞋楦在成形过程中存在能量利用率低导致成形效率低下，高反射率使得熔池难以形成导致成形质量差等问题。此外，在鞋楦的长期使用过程中，铝合金的耐磨性不足也是目前行业内亟需解决的问题，传统表面强化方式(电镀和热喷涂等)虽然会提升鞋楦的耐磨性，但是会降低铝合金鞋楦整体的热导率进而影响制鞋效率，镀层金属与基体金属的热物性差异也会导致应力过大、结合应力差等问题，大大缩短镀层的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有激光增材制造铝合金鞋楦的方法成形效率低、表面质量和尺寸精度无法得到保证以及使用寿命有待提高的技术问题，而提供一种兼具高耐磨和导热性能的铝合金鞋楦及其高效成型方法和应用。

2、本发明的目的之一在于提供一种兼具高耐磨和导热性能的铝合金鞋楦的高效成型方法，所述方法按以下步骤进行：

3、s1：对鞋楦进行三维建模，然后以alsi10mg铝合金作为丝材，通过电弧熔丝增材制造成形alsi10mg铝合金鞋楦基体；

4、s2：精加工至高尺寸精度后采用磷酸溶液酸洗，然后在惰性气体保护下，通过直流磁控溅射在基体表面镀覆ag合金过渡层，ag合金成分及质量含量为ag：82-84％、zn：12-14％和sn：4-5％；

5、s3：在惰性气体保护下，通过直流磁控溅射在ag合金过渡层表面镀覆crzrcu合金功能层，crzrcu合金成分及质量含量为cu：75-80％、cr：10-18％、zr：4-6％、nb：2-3％和sn：1-2％，得到兼具高耐磨和导热性能的铝合金鞋楦。

6、进一步限定，s1中丝材直径为1.2-1.6mm。

7、进一步限定，s1中电弧熔丝增材制造工艺：氩气保护，cmt模式，送丝速度为5-7m/min，电流为190-200a，电压为14-16v，运行速度为0.3-0.5m/min。

8、进一步限定，s2中磷酸溶液浓度为10-30wt％，酸洗温度为40-60℃，时间为5-15min。

9、进一步限定，s2中磁控溅射工艺：衬底温度为100-200℃，工作气压为0.3-1pa，偏压为-50～-100v，ag合金靶功率为50-150w。

10、进一步限定，s2中ag合金过渡层厚度为0.2-0.9μm。

11、进一步限定，s3中磁控溅射工艺：衬底温度为200-300℃，工作气压为0.5-2pa，偏压为-100～-150v，crzrcu合金靶功率为300-500w。

12、进一步限定，s3中crzrcu合金功能层厚度为2-3μm。

13、本发明的目的之二在于提供一种按上述方法制得的铝合金鞋楦。

14、本发明的目的之三在于提供一种按上述方法制得的铝合金鞋楦在制鞋工业中的应用。

15、本发明相比于现有技术的优点：

16、(1)本发明设计了一种专用于本发明alsi10mg铝合金鞋楦的ag合金作为一种过渡层，该ag合金具有良好导热性和润湿性，与alsi10mg铝合金也能在一定程度上发生反应，形成良好的冶金结合。在ag合金的设计中，ag作为基体材料，含量保持在82-84％(质量分数)，提供良好的导电性、导热性和一定的延展性；zn含量在12-14％，可以在一定程度上提高合金的热膨胀系数，降低ag合金作为中间与alsi10mg铝合金层热膨胀系数的差异，并且能够提高合金的强度和硬度；sn含量在4-5％，不仅可以进一步调整ag合金的热膨胀系数，还能增强耐腐蚀性，此外还可以细化晶粒，提高耐磨性和抗疲劳性能。

17、(2)本发明设计了一种专用于本发明的crzrcu合金作为alsi10mg铝合金鞋楦的功能层镀膜，该crzrcu合金降低了传统crzrcu合金与alsi10mg的差异，缩小了由于加热过程中的温度变化而产生的异种材料应力，大幅提高了结合力。在本发明的crzrcu合金设计过程中，cu作为基体材料，含量保持在75-80％(质量分数)，具有良好的导电性和一定的耐腐蚀性，并且其热膨胀系数相对较高，为合金的基本性能提供基础；cr含量在10-12％，可以在表面形成致密的氧化膜，提高合金的耐腐蚀性。同时，还可以细化晶粒，提高合金的强度和耐磨性；zr含量在4-6％，可以与铜形成稳定的化合物，提高合金的强度和硬度，并且能够改善合金的抗热疲劳性能，有助于在温度变化环境下保持性能稳定；nb含量在2-3％，可以与铜、铬等元素形成复杂的化合物，这些化合物在合金中起到弥散强化的作用，提高合金的耐磨性；sn含量在1-2％，可以提高合金的耐腐蚀性，并且能够改善合金的加工性能，更容易成型为所需的形状。

18、(3)本发明以上述ag合金、crzrcu合金为镀膜强化层的alsi10mg铝合金鞋楦，所得鞋楦兼具高尺寸精度、高导热性、高耐磨性，alsi10mg铝合金基体与中间过渡层ag合金、ag合金与crzrcu合金都具有优异的冶金结合，且三者热膨胀系数呈现平缓过渡，能够有效降低在温度快速变化情况下异种材料之间热膨胀系数差异大而导致的结合力降低和应力开裂等问题。设计的过渡层ag合金，能够与基体alsi10mg和功能层镀膜crzrcu合金形成优异的冶金结合，提高alsi10mg铝合金鞋楦的综合使用性能；功能层镀膜的crzrcu合金能够大幅提高alsi10mg铝合金鞋楦的耐磨性和抗腐蚀性能，能够长效保证鞋楦的尺寸精度、表面粗糙度和使用寿命。