[發(fā)明專利]一種激光誘導(dǎo)界面原位反應(yīng)增強(qiáng)的鈦合金增材制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010855583.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-21
• 公開（公告）號(hào): CN111992715A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李波;王健君;姚建華;吳國龍;董剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;C23C24/04;B33Y10/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

本發(fā)明公開了一種激光誘導(dǎo)界面原位反應(yīng)增強(qiáng)的鈦合金增材制造方法，首先將氣霧化的鈦合金粉末倒入送粉器，高壓氮?dú)馔ㄟ^送粉器和冷噴涂噴槍，將再通過冷噴涂噴槍將鈦合金粉末和高壓氮?dú)鈬娡康解伜辖鸹w表面；在噴涂時(shí)，同步開啟激光發(fā)生器，使激光輻照在鈦合金基體表面噴涂的鈦合金粉末的顆粒上，鈦合金粉末的顆粒在激光加熱作用下表面微熔并與周圍的高壓氮?dú)饬髯饔茫l(fā)生原位反應(yīng)，鈦合金粉末的顆粒發(fā)生機(jī)械和冶金結(jié)合，在鈦合金基體上形成鈦合金涂層，由此制備出高致密的鈦合金零件。本發(fā)明通過激光誘導(dǎo)，不僅提高了粉末的塑性變形能力從而降低結(jié)合孔隙，也利用了原位氮化反應(yīng)發(fā)生冶金結(jié)合來強(qiáng)化鈦合金構(gòu)件，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈦合金增材制造領(lǐng)域，更具體的說，尤其涉及一種激光誘導(dǎo)界面原位反應(yīng)增強(qiáng)的鈦合金增材制造方法。

背景技術(shù)

鈦合金(Ti6Al4V)由于具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、生物兼容性好等優(yōu)異的機(jī)械、物理和化學(xué)性能，成為航空、航天等高技術(shù)不可或缺的關(guān)鍵性材料。目前采用涉及高溫熔融的技術(shù)來增材制造鈦合金構(gòu)件時(shí)，常需采用惰性氣氛(如氬氣)或者真空環(huán)境對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，避免高溫冶金過程帶來的雜質(zhì)相。冷噴涂技術(shù)可以避免由于高溫過程帶來的氧化、相變、分解等熱致不良影響，但該方法完全依賴高速顆粒撞擊時(shí)的動(dòng)能才能實(shí)現(xiàn)材料的固態(tài)沉積，其結(jié)合機(jī)制主要為機(jī)械結(jié)合，而非高溫熔融過程的冶金結(jié)合。而在冷噴涂技術(shù)進(jìn)行的過程中，鈦合金顆粒塑性變形有限，顆粒界面結(jié)合不良會(huì)導(dǎo)致鈦合金構(gòu)件具有較高的孔隙率，影響服役性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的冷噴涂鈦合金技術(shù)中顆粒界面結(jié)合不良會(huì)導(dǎo)致鈦合金構(gòu)件具有較高的孔隙率，影響鈦合金服役性能的問題，提出了一種激光誘導(dǎo)界面原位反應(yīng)增強(qiáng)的鈦合金增材制造方法，通過控制激光、氣體和粉末三者的相互作用，使粉末界面發(fā)生原位反應(yīng)生成氮化鈦等增強(qiáng)相，形成冶金結(jié)合，克服冷噴涂增材制造鈦合金構(gòu)件時(shí)由單一機(jī)械咬合不良而出現(xiàn)的孔隙率高的問題，降低孔隙率的同時(shí)極大提高了鈦合金涂層的綜合力學(xué)性能。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：一種激光誘導(dǎo)界面原位反應(yīng)增強(qiáng)的鈦合金增材制造方法，首先將氣霧化的鈦合金粉末倒入送粉器，高壓氮?dú)馔ㄟ^送粉器和冷噴涂噴槍，再通過冷噴涂噴槍將鈦合金粉末和高壓氮?dú)鈬娡康解伜辖鸹w表面；在噴涂時(shí)，同步開啟激光發(fā)生器，使激光發(fā)生器發(fā)出的激光束照射在鈦合金基體表面噴涂的鈦合金粉末的顆粒上，鈦合金粉末的顆粒在激光加熱作用下表面微熔并與周圍的高壓氮?dú)饬髯饔?，發(fā)生原位反應(yīng)，鈦合金粉末的顆粒發(fā)生機(jī)械和冶金結(jié)合，在鈦合金基體上形成鈦合金涂層，由此制備出高致密的鈦合金零件。

具體包括如下步驟：

步驟一：將鈦合金基體依次進(jìn)行噴砂、清洗和擦拭干燥的表面預(yù)處理，處理后將鈦合金基體水平放置在工作臺(tái)上；

步驟二：將冷噴涂噴槍和連接激光發(fā)生器的激光頭集成在可移動(dòng)機(jī)械手臂上，其中冷噴涂噴槍開口朝下且豎直設(shè)置，激光頭和冷噴涂噴槍排布在同一個(gè)垂直面，冷噴涂噴槍和激光頭之間的夾角為10～80°，調(diào)整激光頭位置使得加工時(shí)激光頭發(fā)出的激光輻射在鈦合金基體上的輻照面積完全覆蓋冷噴涂噴槍噴涂顆粒在鈦合金基體上的噴涂面積；

步驟三：將鈦合金粉末進(jìn)行噴涂前的烘干預(yù)處理；并將烘干后的鈦合金粉末裝入送粉器中；

步驟四：將氮?dú)夤?yīng)裝置的輸出管利用三通管分流出第一輸出支管和第二輸出支管兩條，氮?dú)夤?yīng)裝置的輸出管上設(shè)置有流量閥，第一輸出支管通過送粉器連接冷噴涂噴槍，第一輸出支管中的氮?dú)鉃樗头燮飨蚶鋰娡繃姌尩乃头厶峁﹦?dòng)力，第一輸出支管上設(shè)置有用于控制送粉壓力的第一調(diào)壓閥；第二輸出支管經(jīng)過加熱裝置后連接到冷噴涂噴槍的輸入口位置，冷噴涂噴槍工作時(shí)經(jīng)過加熱裝置加熱后的高壓氮?dú)夂外伜辖鸱勰┩瑫r(shí)從冷噴涂噴槍噴槍的出口中送出，第二輸出支管上設(shè)置有第二調(diào)壓閥；