[發明專利]一種鈦/鋁異種材料的增材制造方法

有效

• 申請號: 201810463559.6
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN110480124B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 胡繩蓀;田銀寶;申俊琦;勾健;王萬東
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/23
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發明公開一種鈦/鋁異種材料的增材制造方法，采用鈦下鋁上的方法分別進行增材制造，構件界面層厚度低于10μm，堆焊過程，使用直流CMT焊，對鈦/鋁合金進行增材制造，可以得到表面沒有缺陷的構件。

技術領域

本發明涉及電弧增材制造領域，更具體地說，尤其涉及異種金屬增材制造的方法。

背景技術

鈦/鋁合金的連接具有輕量化的優勢，已經在汽車行業以及航空航天方向廣泛應用。但是，由于鈦/鋁合金的物理化學性質具有較大差異，導致鈦合金與鋁合金連接比較困難。使用傳統的熔化焊，在鈦/鋁界面層產生一定厚度的金屬間化合物，嚴重惡化了接頭力學性能。冷金屬過渡(cold metal transfer,CMT)技術是奧地利福尼斯公司在異種金屬焊接、無飛濺引弧技術以及微連接技術基礎之上開發成功的一種低熱輸入量焊接工藝。CMT技術的創新之處在于將熔滴過渡與送絲過程相結合，真正實現了無飛濺焊接；由于對熔滴過渡過程的有效控制，降低焊接熱輸入，同時可以實現金屬構件電弧增材制造的成形控制。增材制造(additive manufacturing,AM)技術是通過采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術，相對于傳統的切削加工技術，是一種自下而上材料累加的制造方法。目前，增材制造主要集中在同種材料，異種金屬增材制造的報道極少。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種利用CMT焊，鈦/鋁合金異種金屬增材制造的方法。堆焊過程，使用直流CMT焊，對鈦/鋁合金進行增材制造，可以得到表面沒有缺陷的構件。

本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現：

一種鈦/鋁異種材料的增材制造方法，在鈦合金基板上使用鈦焊絲進行CMT增材制造形成鈦合金構件，之后在鈦合金構件表面使用鋁焊絲進行CMT增材制造，以形成鋁合金構件，最終得到鈦下鋁上的鈦/鋁異種材料。

而且，鈦合金基板為TC4鈦合金基板，鈦焊絲為TC4，鋁焊絲選用ER4043。

而且，利用CMT鈦合金一元化程序進行增材制造，即通過設定送絲速度，焊接過程中，焊接電流，焊接電壓根據一元化程序自動匹配，冷金屬過渡焊(CMT)采用鈦合金程序，峰值電流為130—150A，平均電流為70—80A，平均電壓為13—18V，送絲速度為5—7m/min，焊槍總體行走速度為0.3—0.5m/min，氣體流量為10—20L/min。

而且，利用CMT鋁合金一元化程序進行增材制造，即通過設定送絲速度，焊接過程中，焊接電流，焊接電壓根據一元化程序自動匹配，CMT冷金屬過渡焊采用鋁合金程序，平均電流為80—90A，平均電壓為20—25V，送絲速度為4—6m/min，焊槍總體行走速度為0.3—0.5m/min，氣體流量為10—20L/min。

而且，鈦合金增材制造層數為10—20層，鋁合金增材制造層數為20—30層。

利用上述的增材制造方法實現鈦下鋁上的增材制造，得到鈦下鋁上的鈦/鋁異種材料，鈦/鋁界面出現平均8—12微米的反應層，拉伸強度平均為110—120MPa，應變平均為3—3.5％，且拉伸斷裂位置位于鋁鈦界面層。

本發明采用鈦下鋁上的方法進行增材制造，可以得到性能良好的構件，構件界面層厚度在10μm左右，在構件界面層中，鋁合金側鈦含量較高，鈦合金側鋁含量穩定，說明堆焊過程中，鈦合金表面微熔，少量的鈦原子向液態鋁合金擴散，構件拉伸斷口均斷于界面層。

附圖說明

圖1為本發明制備的鈦/鋁合金構件照片。

圖2為利用本發明技術方案得到的鈦/鋁構件組織形貌照片，其中(a)構件橫截面；(b)鋁合金；(c)界面層；(d)鈦合金。

圖3為利用本發明技術方案得到的鈦/鋁構件的界面層的元素線掃圖。