[發(fā)明專利]一種氮元素原位強(qiáng)化的梯度鈦合金等離子弧增材制造方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910360727.3
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN110293295A
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃健康;劉玉龍;潘偉;陳會(huì)子;余淑榮;樊丁;陳秀娟
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州理工大學(xué);劉玉龍
• 主分類號(hào): B23K10/02
• 分類號(hào): B23K10/02;B33Y10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開一種氮元素原位強(qiáng)化的梯度鈦合金等離子弧增材制造方法。在增材制造過程中，送絲機(jī)構(gòu)送入的鈦合金焊絲和周圍鈦合金材料在等離子弧熱量作用下呈熔融態(tài)，氮?dú)鈿鍤饣旌吓浔鹊碾x子氣中反應(yīng)氣體氮?dú)怆婋x，離子態(tài)的氮與熔融態(tài)的鈦合金原位反應(yīng)，在待加工鈦合金材料上原位生成具有氮化鈦增強(qiáng)相的增材試件。調(diào)節(jié)氣體配比器實(shí)現(xiàn)不同的氮?dú)鈿鍤馀浔鹊碾x子氣，從而得到不同的梯度強(qiáng)化效果。本發(fā)明在鈦合金增材制造的過程中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對鈦合金材料的強(qiáng)化，無需再額外進(jìn)行材料的二次強(qiáng)化，減少工藝流程，同時(shí)可以通過調(diào)節(jié)不同的離子氣配比實(shí)現(xiàn)鈦合金材料的可控梯度強(qiáng)化，擴(kuò)大了高強(qiáng)度鈦合金材料的使用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈦合金增材制造領(lǐng)域，特別是涉及一種氮元素原位強(qiáng)化的梯度鈦合金等離子弧增材制造方法。

背景技術(shù)

鈦及鈦合金由于其眾多的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。因?yàn)樵霾闹圃炀哂械那衅謱拥募夹g(shù)特點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于鈦合金復(fù)雜零件的制造中。等離子弧增材制造因其能量密度大、電弧方向性強(qiáng)、熔透能力強(qiáng)的突出優(yōu)點(diǎn)成為增材制造的一種重要方法。但當(dāng)前鈦合金的等離子弧增材制造方法不能滿足在制造的過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)對材料的強(qiáng)化，這就使得制備的材料應(yīng)用于工業(yè)中需要額外進(jìn)行二次加工強(qiáng)化，增加了工藝流程和生產(chǎn)成本；同時(shí)，二次強(qiáng)化往往只能對材料的表面進(jìn)行強(qiáng)化，無法實(shí)現(xiàn)對材料內(nèi)部的強(qiáng)化，極大限制了高強(qiáng)度鈦合金材料在眾多領(lǐng)域的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種氮元素原位強(qiáng)化的梯度鈦合金等離子弧增材制造方法，在鈦合金增材制造的過程中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對鈦合金材料的整體強(qiáng)化，并且通過控制氣體配比實(shí)現(xiàn)可控的強(qiáng)化效果。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案。

一種氮元素原位強(qiáng)化的梯度鈦合金等離子弧增材制造方法，所述方法包括：將表面處理干凈的待加工的鈦合金基板固定在可控工臺(tái)上。

控制焊絲與所述待加工的鈦合金基板的角度為30°，并使所述焊絲位于等離子焊槍的正下方。

打開氮?dú)馄亢蜌鍤馄浚峁┗旌吓浔鹊碾x子氣輸入和保護(hù)氣體氬氣輸入。

通過控制中心控制送絲機(jī)構(gòu)，并調(diào)節(jié)送絲速度，在等離子弧熱源運(yùn)動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)焊絲的同步送入。

在控制中心啟動(dòng)等離子焊機(jī)，調(diào)節(jié)電流，等離子焊槍產(chǎn)生等離子弧；所述離子氣中氮?dú)怆婋x，形成離子態(tài)的氮，其與反應(yīng)過程中送入的焊絲和周圍處于熔融態(tài)的鈦合金反應(yīng)，在所述待加工的鈦合金基板上原位生成具有氮化鈦增強(qiáng)相的增材成形件。

可選的，在所述打開氮?dú)馄亢蜌鍤馄浚峁┑獨(dú)鈿鍤饣旌想x子氣和保護(hù)氣體氬氣之后還包括：調(diào)節(jié)所述離子氣中氮?dú)獾牧髁亢蜌鍤獾牧髁浚瑥亩鴮?shí)現(xiàn)不同的鈦合金強(qiáng)化效果。

可選的，所述焊絲為鈦合金焊絲。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：本發(fā)明氮元素原位強(qiáng)化的鈦合金等離子弧增材制造的過程中，離子氣中氮?dú)怆婋x，離子態(tài)的氮與熔融狀態(tài)的鈦合金原位反應(yīng)，在待加工的鈦合金基板生成具有氮化鈦增強(qiáng)相的鈦合金增材成形件，使鈦合金增材制造與對鈦合金材料的強(qiáng)化過程同時(shí)進(jìn)行，操作過程簡單，同時(shí)在制造過程中通過調(diào)節(jié)不同的離子氣配比，獲得材料組織中氮化鈦增強(qiáng)相與其余相的不同比例，實(shí)現(xiàn)梯度功能鈦合金零件的成形，提高了鈦合金材料的使用范圍。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的實(shí)施例提供的氮元素原位強(qiáng)化的梯度鈦合金等離子弧增材制造方法的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的實(shí)施例提供的氮元素原位強(qiáng)化的梯度鈦合金等離子弧增材制造方法的流程圖。