[發明專利]一種3D打印鈦合金復雜零部件的表面拋光方法

在審

• 申請號: 202011386217.2
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112276097A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 孟建兵;趙國勇;董小娟;李麗;周海安;徐汝鋒;馬長寧
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: B22F3/24
• 分類號: B22F3/24;B33Y40/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種3D打印鈦合金復雜零部件表面拋光的方法。在含有甲酰胺、氯化鉀和去離子水的混合電解液中加入氧化鋁納米磨粒，攪拌均勻后作為拋光液；在40℃拋光液中加入十二烷基三甲基氯化銨活性劑，使拋光液中的氧化鋁磨粒帶正電荷；將3D打印鈦合金試件浸入盛有拋光液的不銹鋼槽中，3D打印鈦合金試件接陽極、不銹鋼槽接陰極；然后陰陽極之間施加脈沖直流電源產生放電等離子體；在電流波形的脈間階段，由拋光槽底部的超聲裝置對拋光液施加頻率為40?60kHz的超聲振蕩，對3D打印鈦合金試件進行不少于15min的拋光處理。本發明方法利用陽極電化學反應、放電等離子體蝕除、超聲空化和磨粒沖蝕的綜合作用，實現對3D打印鈦合金壁面和型腔的有效拋光。

技術領域

本發明涉及金屬材料表面處理技術領域，具體涉及一種3D打印鈦合金復雜零部件的表面拋光方法。

背景技術

傳統的鈦合金零件制造主要依靠鑄造和鍛造。其中鑄造零件易于大尺寸制造，但重量較大且無法加工成精細形狀；鍛造切削后雖然精度較好，但是鈦合金材料浪費比較嚴重，原料的95%都會被作為廢料切掉。而且，這兩種技術都難以制造復雜的鈦合金零件。3D打印（三維增材制造）鈦合金技術較好地解決了鑄造、鍛造存在的難題。它是以激光束、電子束等高能束為熱源，加熱鈦合金材料使之結合，直接制造復雜零部件的一種先進方法。由于采用了不需要專用模具的材料疊加技術，在節約90%價格昂貴的鈦合金原材料的同時，能夠顯著降低加工費用。

鑒于成本、效率等因素的影響，鈦合金3D打印技術主要用于薄壁、鏤空、異形等特殊形狀或結構的成型。而形狀的特殊性、結構的復雜性以及鈦合金材料的難加工性，使得高速切削等傳統鈦合金加工方法難以適用。目前國內鮮有專門針對3D打印鈦合金制件表面進行后續處理的研究和報道，在3D打印鈦合金零部件后處理過程中，基本上以手工打磨、拋丸以及傳統試湊方法來提高制件表面精度和質量。然而，手工打磨和試湊方法的加工效率非常低。雖然近幾年國外出現了增材與減材集成的復雜數控機床，但仍然存在刀具容易損傷、加工成本較高等問題。

近年來，國內外開展了大量基于非傳統加工理論的鈦合金復合加工技術的研究工作。該技術是利用電、化學等能量復合方式，來實現對鈦合金材料的有效加工。其中，以電化學為主的電解復合加工、以電火花為主的放電復合加工，已在航空、航天等行業得到廣泛應用。然而，3D打印鈦合金鏤空、異形等復雜零件，由于形狀和尺寸的限制，工具電極的設計和導入存在困難，難以直接采用電解、電火花等復合加工方式，迫切需要開發一種基于上述能量形式的“無電極”加工方法。

電解等離子體加工就是在電解、放電加工基礎上發展的新方法，是在電解液中，高電壓作用下，金屬工件表面產生放電等離子體而達到清洗或拋光效果的一種表面處理新技術。加工時將工件浸入一定溫度的電解液中，因電化學作用而產生陽極氧化；施加特定電壓，并選擇恰當的工藝參數，工件表面與電解液毗鄰處產生穩定的蒸汽氣體層，使工件表面和電解液相隔離；隨著電壓的升高，氣體層被擊穿形成放電等離子體，去除陽極凸起處的氧化膜。當電化學陽極氧化作用與放電等離子體蝕除作用達到最佳動態平衡時，工件表面將獲得良好的拋光效果。

然而，單純的電解等離子體拋光存在一定的局限性，如：為防止電解等離子體從“微放電”向“電弧放電”轉化損傷鈦合金基體，常常要求輸入盡可能小的能量，這將導致放電等離子體拋光陽極氧化物不夠徹底。因此亟需其它能量形式加以輔助去除。

發明內容

本發明的目的是，提出一種3D打印鈦合金復雜零部件的表面拋光方法，其拋光過程是該方法基于多能量場耦合原理，利用加工過程中的電、熱、化學、聲、磨粒等能量形式共存的特點，借助陽極極化（生成氧化膜，鈍化）、放電等離子體蝕除（活化）、超聲空化和磨粒沖蝕（輔助活化）等作用，通過對電化學反應、等離子體放電、超聲空化、磨粒沖擊等效應的合理控制，實現3D打印鈦合金復雜零件表面鈍化和活化的動態平衡，最終降低表面粗糙度、提高表面質量，從而達到改善表面使用性能的目的。

為實現上述目的，本發明采取以下的技術方案：（1）調配含有甲酰胺、氯化鉀和去離子水的混合電解液。