[發(fā)明專利]一種鈦合金表面氮化層的激光修復(fù)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011221971.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112404455A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚建華;張?zhí)炝?/a>;吳國(guó)龍;陳智君;董剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B22F10/28
• 分類(lèi)號(hào): B22F10/28;B22F3/10;B33Y10/00;C22C14/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;朱思蘭

本發(fā)明結(jié)合選區(qū)激光熔化技術(shù)和激光氣體氮化技術(shù)提出一種針對(duì)鈦合金表面氮化層修復(fù)的方法，完成修復(fù)后區(qū)域無(wú)裂紋，且與相臨氮化層和基體之間有良好的冶金結(jié)合；本發(fā)明首先對(duì)存在缺陷的氮化層區(qū)域進(jìn)行銑削加工，在加工后的凹槽處預(yù)置鈦合金粉末，利用小光斑激光器輻照待加工區(qū)域，同時(shí)沿著工件表面提供一定濃度的氮?dú)庠?，使鈦合金粉末熔化再凝固為金屬?shí)體的同時(shí)進(jìn)行氣體氮化，以達(dá)到填補(bǔ)銑削加工區(qū)域并修復(fù)氮化層的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氮化層的修復(fù)方法，具體涉及一種用于鈦合金表面氮化層的激光修復(fù)方法。

背景技術(shù)

鈦合金具有比強(qiáng)度高、抗腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)。在鈦合金表面制備氮化層是通過(guò)一定的加工方法，使氮元素從待加工工件表面向內(nèi)擴(kuò)散，最終形成一層具有高熔點(diǎn)、高硬度、高溫化學(xué)穩(wěn)定性及良好耐磨導(dǎo)熱性的氮化層。當(dāng)鈦合金材料的工件面對(duì)惡劣的工作環(huán)境時(shí)，制備這層氮化強(qiáng)化層是補(bǔ)強(qiáng)其性能的一種表面防護(hù)手段。而通常制備這類(lèi)氮化層的加工方法一般為固體氮化和激光氣體氮化，后者相對(duì)前者來(lái)說(shuō)有著更高的滲氮效率，并且能對(duì)氮化的區(qū)域進(jìn)行選擇性的控制。

針對(duì)此種表面有氮化層保護(hù)層的鈦合金工件，在高使用頻率，長(zhǎng)工作時(shí)間的環(huán)境下，表面涂層不可避免的會(huì)出現(xiàn)磨損、裂紋等缺陷，最終導(dǎo)致部分區(qū)域涂層失效，對(duì)該部分的基體零件性能造成損傷?，F(xiàn)通過(guò)此種選區(qū)性的氮化層激光修復(fù)方法，可以保證完整修復(fù)已損傷的氮化層，并使其達(dá)到良好的冶金結(jié)合，極大地延長(zhǎng)此種含氮化層鈦合金工件的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)此種鈦合金工件表面氮化層出現(xiàn)缺陷的情況，本發(fā)明提供了一種鈦合金表面氮化層激光修復(fù)的方法。本發(fā)明首先在已存在缺陷的鈦合金表面氮化層區(qū)域進(jìn)行銑削加工，直至完全去除掉缺陷部位，然后在已銑削部位鋪設(shè)預(yù)置鈦合金粉末，平行氮化層表面送氮?dú)?、氬氣混合工作氣體，利用激光作用使粉層凝固為實(shí)體，填補(bǔ)銑削加工區(qū)域的同時(shí)，制備出所需的氮化層。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種鈦合金表面氮化層的激光修復(fù)方法，所述方法包括如下步驟：

(1)前處理：銑削去除鈦合金工件表面氮化層的缺陷區(qū)域，然后清洗，晾干，即為待加工區(qū)域；

優(yōu)選的，相對(duì)于工件原有表面，控制每次銑削深度為0.2～0.4mm，銑削完成后進(jìn)行探傷，保證待加工區(qū)域已無(wú)裂紋；如探傷后仍有缺陷，則繼續(xù)銑削，直至去除表面劃傷、裂紋等缺陷，獲得平整的待加工區(qū)域，然后用乙醇對(duì)待加工區(qū)域進(jìn)行清洗并晾干；

所述鈦合金為T(mén)i-6Al-4V，成分為Al：5.5～6.8％；V：3.5～4.5％；Fe≤0.3％；C≤0.1％；H≤0.015％；N≤0.05％；O≤0.2％；余量為T(mén)i；

(2)激光加工：在待加工區(qū)域鋪設(shè)預(yù)置鈦合金粉末，對(duì)粉末層進(jìn)行選區(qū)激光熔化，同時(shí)提供氮?dú)庠?，使粉末層在成形的過(guò)程中同時(shí)生成氮化層；

優(yōu)選的，單次鋪設(shè)的粉末層厚度在0.1～0.2mm；

所述鈦合金粉末為T(mén)i-6Al-4V，成分為Al：5.5～6.8％；V：3.5～4.5％；Fe≤0.3％；C≤0.1％；H≤0.015％；N≤0.05％；O≤0.2％；余量為T(mén)i；所述鈦合金粉末為氣霧法制成的球狀粉末，粒徑為45～106μm，粉末純度為99.9％，使用前在120℃的真空干燥箱中烘干120min；

所述選區(qū)激光熔化的工藝中，激光器焦距為510～530mm，激光功率300～500W，線間距0.16～0.28mm，掃描速度100～300mm/s；所述激光器為振鏡連續(xù)光纖激光器；

激光加工過(guò)程中在平行工件表面方向同步送氮?dú)庠矗龅獨(dú)庠礊榈獨(dú)?、氬氣的混合工作氣體，其中，氮?dú)庹蓟旌瞎ぷ鳉怏w的比例意味著氮化程度，按實(shí)際情況調(diào)整；

優(yōu)選重復(fù)激光加工步驟直至修復(fù)區(qū)域高于原有表面0～0.2mm；