[發明專利]一種碳元素原位強化的梯度鈦合金等離子弧增材制造方法

在審

• 申請號: 201910361065.1
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110293297A
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 黃健康;劉世恩;余淑榮;劉玉龍;陳會子;袁文;管志忱;樊丁
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學;劉世恩
• 主分類號: B23K10/02
• 分類號: B23K10/02;B33Y10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種碳元素原位強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，送絲機構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，二氧化碳和氬氣混合配比的離子氣中，反應氣體二氧化碳在電弧作用下與熔融態的鈦合金原位反應，在待加工鈦合金材料上原位生成具有碳化鈦增強相的增材試件。調節氣體配比器實現不同的二氧化碳氬氣配比的離子氣，從而得到不同的梯度強化效果。本發明在鈦合金增材制造的過程中，同時實現對鈦合金材料的強化，無需二次強化，減少工藝流程，同時可以通過調節不同的離子氣配比實現鈦合金材料的可控梯度強化，擴大了高強度鈦合金材料的使用范圍。

技術領域

本發明涉及鈦合金增材制造領域，特別是涉及一種碳元素原位強化的梯度鈦合金等離子弧增材制造方法。

背景技術

鈦及鈦合金由于其眾多的優點和優異的性能，被廣泛應用于航空航天等領域。因為增材制造具有的切片分層的技術特點，所以被廣泛應用于鈦合金復雜零件的制造中。等離子弧增材制造因其能量密度大、電弧方向性強、熔透能力強的突出優點成為增材制造的一種重要方法。但當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實現對材料的強化，這就使得制備的材料應用于工業中需要額外進行二次加工強化，增加了工藝流程和生產成本；同時，二次強化往往只能對材料的表面進行強化，無法實現對材料內部的強化，極大限制了高強度鈦合金材料在眾多領域的發展。

發明內容

本發明的目的是提供一種碳元素原位強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，同時實現對鈦合金材料的整體強化，并且通過控制氣體配比實現可控的強化效果。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案。

一種碳元素原位強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。

打開二氧化碳氣瓶和氬氣瓶，提供混合配比的離子氣輸入和保護氣體氬氣輸入；

通過控制中心打開送絲機構，并調節送絲速度，在等離子弧熱源運動的同時實現焊絲的同步送入。

通過控制中心啟動等離子焊機，調節電流，等離子焊槍產生等離子弧；所述離子氣中二氧化碳在電弧作用下附著于熔池表面，其與反應過程中送入的焊絲和周圍處于熔融態的鈦合金反應，在所述待加工的鈦合金基板上原位生成具有碳化鈦增強相的增材成形件。

可選的，在所述打開二氧化碳氣瓶和氬氣瓶，提供二氧化碳氬氣混合離子氣和保護氣體氬氣之后還包括：調節所述離子氣中二氧化碳的流量和氬氣的流量，從而實現不同的鈦合金強化效果。

可選的，所述焊絲為鈦合金焊絲。

根據本發明提供的具體實施例，本發明公開了以下技術效果：本發明碳元素原位強化的鈦合金等離子弧增材制造的過程中，離子氣中二氧化碳與熔融狀態的鈦合金原位反應，在待加工的鈦合金基板生成具有碳化鈦增強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化過程同時進行，操作過程簡單，同時在制造過程中通過調節不同的離子氣配比，獲得材料組織中碳化鈦增強相與其余相的不同比例，實現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明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實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明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明的實施例提供的碳元素原位強化的梯度鈦合金等離子弧增材制造方法的結構示意圖。