[發明專利]一種利用不銹鋼粉末增強鈦合金的電弧增材制造方法

在審

• 申請號: 202210818813.6
• 申請日: 2022-07-12
• 公開（公告）號: CN115138945A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 衣偉;金守榮;尹博;陳鵬強;陳明;李震豪;關超;魯翠明
• 申請（專利權）人: 航天科工哈爾濱風華有限公司
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/23;B23K9/235;B22F1/10;B22F10/28;B33Y10/00;B33Y70/10;B23K103/24
• 代理公司: 哈爾濱市晨晟知識產權代理有限公司 23219
• 代理人: 劉坤

本發明涉及電弧增材領域，公開了一種利用不銹鋼粉末增強鈦合金的電弧增材制造方法，包括如下步驟：裝填鈦合金絲材；將不銹鋼粉末按一定比例導入丙酮溶液中，使不銹鋼粉末在液體樹脂中分散均勻；安裝基板，鈦合金絲材距離基板距離為l?2mm；設定鈦合金的打印參數；進行鈦合金的沉積，增材過程中采用高純氬對成型件進行保護；當一層沉積結束后，將不銹鋼懸濁液均勻的涂覆到沉積層表面；設定不銹鋼粉末熔化參數，焊槍在不送絲的情況下起弧并沿鈦合金的沉積路徑空走1?2遍，利用鎢極和基板之間產生的電弧熱量將涂覆好的不銹鋼粉末完全融合；重復上述步驟，直至成型件制造完成。本發明解決了現有技術中鈦合金的抗拉強度和延展性差的問題。

技術領域

本發明涉及電弧增材領域，更具體地涉及一種利用不銹鋼粉末增強鈦合金的電弧增材制造方法。

背景技術

電弧增材制造(WAAM)采用逐層堆焊的方式制造致密金屬實體構件，因以電弧為載能束，具有成本低、效率高的優點，是一種適合大尺寸零件制造的工藝。該技術在大尺寸金屬結構件成形上具有其他增材技術不可比擬的效率與成本優勢。Ti-6Al-4V的化學活性高、熱導率低、強度高,具有優異的綜合力學性能,是應用最廣泛的鈦合金。當前，Ti-6Al-4V鈦合金零部件呈現出高性能、大型化、整體化和復雜化的發展趨勢,越來越多地應用電弧增材制造技術進行生產。

高熱量輸入和電弧的不穩定，容易導致成型件性能較差，無法達到鍛件性能水平。電弧增材制造Ti-6Al-4V鈦合金時，由于較低的熱梯度和傳熱速率，以及較高的熱累積，阻礙了在增材過程的中間層形成細晶粒結構，在成型件的中間一般會形成長的柱狀晶粒，從而導致電弧增材制造Ti-6Al-4V鈦合金具有較低的屈服強度。

當前的研究表明，在利用電弧增材制造技術制備樣件時，通過添加硼化物、氟化物等活性劑可以有效改善晶粒組織結構，并提高鈦合金的力學性能。但已有的工藝方法對鈦合金的性能提升并不是很明顯，難以得到超細片狀α-β結構制造出高強度鈦合金零件。

發明內容

為解決現有技術中現有電弧增材制造技術制備的鈦合金組織粗大，強度無法到達鍛件水平的問題，本發明提供一種利用不銹鋼粉末增強鈦合金的電弧增材制造方法。

本發明采用的具體方案為：一種利用不銹鋼粉末增強鈦合金的電弧增材制造方法，所述方法包括如下步驟：

(1)裝填鈦合金絲材，對鈦合金基板進行打磨并用無水乙醇或丙酮擦拭干凈后固定在工作臺上，保證其水平；

(2)將不銹鋼粉末按一定比例導入丙酮溶液中，通過高速攪拌使不銹鋼粉末在液體樹脂中分散均勻；

(3)安裝基板，調整鎢極與鈦合金絲材和基板之間的距離,鈦合金絲材距離基板距離為l-2mm；

(4)設定鈦合金的打印參數，設定焊機的峰值電流、熱輸入、頻率、基值電流、峰值時間、掃描速度、層高和送絲機的送絲速度；

(5)進行鈦合金的沉積，增材過程中采用高純氬對成型件進行保護；

(6)當一層沉積結束后，將不銹鋼懸濁液均勻的涂覆到沉積層表面；

(7)設定不銹鋼粉末熔化參數，焊槍在不送絲的情況下起弧并沿鈦合金的沉積路徑空走1-2遍，利用鎢極和基板之間產生的電弧熱量將涂覆好的不銹鋼粉末完全融合；

(8)重復步驟五到步驟七，直至成型件制造完成。

所述步驟(1)中鈦合金絲材焊絲的直徑為0.8-1.2mm。

所述不銹鋼粉末為316L不銹鋼粉末，所述不銹鋼粉末的粒徑范圍為10μm-100μm。

所述步驟(3)中鈦合金絲材距離鎢極的距離為2-5mm。