[發明專利]一種以純Cu為過渡層的鈦鋼復合板送粉式激光增材制造方法

有效

• 申請號: 202110381774.3
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113199025B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 張伯君;彭娜;崔強;李勉;蔡文生;薛飛;黃羚惠;方學偉;趙鵬;文耀華;姜君
• 申請（專利權）人: 南京市鍋爐壓力容器檢驗研究院;西安增材制造國家研究院有限公司
• 主分類號: B22F7/04
• 分類號: B22F7/04;B22F10/28;C23C24/10;B33Y10/00;B33Y80/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

本發明公開了一種以純Cu為過渡層的鈦鋼復合板送粉式激光增材制造方法。是采用激光同軸送粉工藝規劃軟件規劃成形路徑，在干凈平整的不銹鋼板基材上多層沉積純Cu過渡層；成形完純Cu過渡層后成形表面鈦層。其中，純Cu過渡層的成形工藝參數為：送粉速度0.8～1r/min，掃描速度360～540mm/min，激光功率1500～1800W，保護氣體流量15～20L/min，厚度1～1.2mm；表面鈦層的成形工藝參數為：送粉速度0.8～1r/min，掃描速度420～600mm/min，激光功率1400～1800W，保護氣體流量15～20L/min，鈦層厚度不低于2mm。通過優化激光送粉工藝參數可減少碳鋼復合板層間脆性的金屬間化合物生成，提高焊合率并降低裂紋出現的概率。

技術領域

本發明涉及以純Cu為過渡層的鈦鋼復合板送粉式激光增材制造工藝，屬于金屬增材制造領域。

背景技術

鈦及鈦合金由于具有密度小、強度高、耐熱耐蝕等優良性能，被廣泛應用于石油化工、航天航空和海洋工程等領域。由于鈦及其合金的價格昂貴，在保證使用安全性和經濟性的前提下，許多大型結構件通常采用雙層復合結構。鈦鋼復合板既能保持鈦優異的耐蝕性，又具有鋼板作為結構件的高強度和良好塑性，且能大幅降低生產成本。目前，傳統鈦鋼復合板由于爆炸成型的局限性，產品界面質量難以控制，極易產生各種裂紋，失效后將造成無法挽回的損失。因此改進現有鈦鋼復合板的焊接制造工藝，研究送粉式激光增材制造鈦鋼復合板方法，對于提升重大裝備的制造水平具有重要意義。

送粉式激光增材制造技術是一種根據零件的三維實體模型，采用分層堆積的思想，以激光作為成形熱源將金屬粉末熔化，逐層堆積成形出實體零件的新興技術。采用激光作為熱源成形的金屬制件，具有成分可調、熱輸入小，稀釋率低和零件力學性能優異的特點，因此可作為鈦鋼復合板高質量制造的優選方式。

發明內容

為了克服用現有技術中鈦鋼異種金屬無法直接熔化焊接的難題，本發明提供一種高智能化、工藝穩定且性能優良的鈦鋼復合板的制備方法，具體來說是以純Cu為過渡層的鈦鋼復合板送粉式激光增材制造方法，以純Cu作為鈦鋼復合板成形過程中的中間層，并采用送粉式激光增材制造方法成形復合板，可以減少TiFe或者TiFe₂等脆性的金屬間化合物的生成，可以提高復合板的焊合率并降低裂紋出現的概率。

技術方案：本發明所述的以純Cu為過渡層的鈦鋼復合板送粉式激光增材制造方法，包括如下步驟：

（1）將酒精清潔后的符合復合板要求的不銹鋼板固定在工作臺上，用酒精擦洗表面。

（2）利用激光同軸送粉工藝規劃軟件將建立的目標件進行切片，切片厚度在0.3～0.5mm，并規劃出成形路徑。

（3）純Cu過渡層的制備：將成形路徑導入控制系統，開始進行中間純Cu過渡層的堆積。其中，中間純Cu過渡層分兩次沉積，總厚度控制在1～1.2mm。工藝參數設置為：送粉速度0.8～1r/min，掃描速度360～540mm/min，激光功率1500～1800W，保護氣體流量15～20L/min。成形銅層過程中可以通過降低離焦量、減少熱輸入來控制稀釋率，避免熔深過大造成Cu和Fe生成脆性化合物。純Cu過渡層采用多層沉積的，需要采用往復路徑來保證兩端的平整度。

純銅層的厚度在起到阻止Fe向Ti擴散作用的同時，要盡可能的低，避免降低整體復合板的強度。

（4）TA2純鈦層的熔覆：在純Cu過渡層表面進行純鈦層的熔覆，工藝參數設置為：送粉速度0.8～1r/min，掃描速度420～600mm/min，激光功率1400～1800W，保護氣體流量15～20L/min，鈦層厚度不低于2mm。

高溫環境中鈦與氧氣接觸容易被氧化，在熔覆過程中要用保護氣隔絕氧氣，防止鈦被氧化。該保護氣可以是氮氣。

步驟（3）、（4）激光同軸送粉對象為TA2純鈦粉末和純Cu粉末，粒徑75～150μm。