一种改善激光选区熔化增材制造钛合金缺陷或组织状态的电脉冲处理方法技术

本发明专利技术公开了一种改善激光选区熔化增材制造钛合金缺陷或组织状态的电脉冲处理方法，属于增材制造材料优化技术领域。该方法是对增材制造钛合金进行电脉冲处理，一定程度上改善该钛合金的缺陷或组织状态。所述电脉冲优化钛合金组织状态的处理过程中，电脉冲放电波形为阻尼波，放电周期为400ns，处理电压和次数分别为6kV‑1次、7kV‑1次、7.5kV‑1次、8kV‑1次和8.5kV‑1次；电脉冲优化钛合金缺陷状态的处理过程中，电脉冲放电波形为阻尼波，放电周期为400ns，处理电压和次数为3.5kV‑3次。本发明专利技术可用于增材制造钛合金的缺陷和组织优化的研究与应用。

【技术实现步骤摘要】
一种改善激光选区熔化增材制造钛合金缺陷或组织状态的电脉冲处理方法
本专利技术涉及激光选区熔化材制造材料的组织及力学性能优化
，具体涉及一种改善激光选区熔化增材制造钛合金缺陷或组织状态的电脉冲处理方法。
技术介绍
激光选区熔化(Selectivelasermelting，SLM)增材制造技术，是3D打印技术的一种，不同于传统的去除切削加工技术，增材制造技术是基于CAD建模进行切片处理，通过将材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法[卢秉恒，李涤尘，增材制造(3D打印)技术发展，机械制造与自动化，42(2013)1-4；李俊峰，魏正英，卢秉恒，钛及钛合金激光选区熔化技术的研究进展，激光与光电子学进展，011403(2018)1-18]。基于送粉、送丝和基于粉末床的粉末输送方式，金属的增材制造技术可具体分为两类，第一类是直接能量沉积(DED)技术，包括直接金属沉积(DMD)、激光工程化净成形(LENS)、直接制造(DM)和异型金属沉积或线材及电弧增材制造(WAAM)，第二类是粉末床熔化(PBF)技术，包括选区激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、激光熔化(LM)、选区激光熔化(SLM)、LaserCUSING激光快速制造、电子束熔化(EBM)[李俊峰，魏正英，卢秉恒，钛及钛合金激光选区熔化技术的研究进展，激光与光电子学进展，011403(2018)1-18；F.H.(Sam)Froes,B.Dutta,TheadditiveManufacturing(AM)oftitaniumalloys.Adv.Mater.Res.1019(2017)19-25.]。在增材制造的金属材料及构件中，优化其微观组织、减少或消除缺陷进而提升力学性能一直是该领域发展需要面对的关键科技问题。在优化微观组织、调控力学性能方面，最常用的是热处理工艺。热处理过程需要温度与时间的相互匹配，相互调整。高温条件下，材料组织往往发生粗化，进而降低了其强度。增材制造材料组织中存在的缺陷形式可分为锁孔孔洞、未熔合孔洞、气孔及裂纹等[T.Debroy,etal.Additivemanufacturingofmetalliccomponents–Process,structureandproperties.ProgressinMaterialsScience,92(2018)112-224]。这些典型缺陷，例如孔洞与未熔合缺陷对增材制造材料的力学性能有明显影响，尤其对材料的疲劳性能影响更为显著。目前普遍使用热等静压(Hotisostaticpressing,HIP)方法来改善材料的缺陷状态[MohsenSeifi,AymanA.Salem,DanP.Satko,UlfAckelid,S.LeeSemiatin,JohnJ.Lewandowski,EffectofHIPonmicrostructureheterogeneity,defectdistributionandmechanicalpropertiesofadditivelymanufacturedEBMTi-48Al-2Cr-2Nb,J.AlloysCompd.729(2017)1118-1135.]。热等静压不失为一种可用的优化增材制造缺陷及组织状态的方法，但这种方法需加热加压，也需要一定的处理时间，耗费较大，也容易发生晶粒长大从而降低其强度。如若能开发更加省时省力的优化方法来改善增材制造材料的微观组织及缺陷状况并不明显影响其强度甚至达到提升力学性能的目的，对于增材制造的工业化应用具有更好的推动作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改善激光选区熔化增材制造钛合金缺陷或组织状态的电脉冲处理方法(Electropulsingtreatment,EPT)，通过高能脉冲试验设备，将单次脉冲释放的高密度电流作用在增材制造钛合金样品上，能够实现快速改善材料缺陷及组织状态的目的，进而达到对块体钛合金材料进行改良。本专利技术可用于增材制造钛合金的缺陷和组织优化的研究与应用。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种改善激光选区熔化增材制造钛合金缺陷或组织状态的电脉冲处理方法，该方法是利用高能脉冲试验设备对激光选区熔化增材制造的Ti-6Al-4V钛合金样品进行电脉冲处理，从而优化其微观组织或缺陷状况，进而可调控材料力学性能。所述电脉冲处理过程中，电脉冲放电波形为阻尼波形，放电周期为400ns。在改善钛合金样品组织状态的电脉冲处理过程中，处理电压和次数依次为：6kV-1次，7kV-1次，7.5kV-1次，8kV-1次，8.5kV-1次。在改善钛合金样品缺陷状态的电脉冲处理过程中，选取的电压和次数为：3.5kV-3次。本专利技术的优点和有益效果如下：1、本专利技术通过高能量的脉冲电流来改善激光选区熔化增材制造钛合金材料的缺陷及组织状态，具备高效率、对组织影响明显等优点，可以达到比较好的改善效果。2、本专利技术是利用了脉冲电流处理过程中对材料产生的强烈的焦耳热效应与热压应力效应，导致材料发生快速相变调控组织及局部缺陷变小的现象，实现了改善增材制造材料的缺陷及组织状态的目的，进而有益于材料力学性能的改善。3、该电脉冲技术可用于增材制造材料缺陷及组织状态的改善，进而可调控材料力学性能的研究和应用上。附图说明图1为本专利技术电脉冲处理试样实物图及电脉冲设备电路示意图；其中：(a)电脉冲处理试样实物图；(b)电脉冲设备电路示意图。图2为电脉冲处理试样尺寸图；其中：(a)用于研究改善组织与性能试样尺寸图；(b)用于研究改善材料内部缺陷试样尺寸图。。图3为电脉冲处理前后SLM-Ti6Al4V的微观组织金相观察(β柱状晶的演变)；其中：(a)EPT-0；(b)EPT-6；(c)EPT-7；(d)EPT-7.5；(e)EPT-8；(f)EPT-8.5。。图4为扫描电镜(Scanningelectronmicroscope,SEM)观察电脉冲处理前后SLM-Ti6Al4V的α板条的演变；其中：(a)EPT-0；(b)EPT-6；(c)EPT-7；(d)EPT-7.5；(e)EPT-8；(f)EPT-8.5。图5为电子背散射衍射技术(Electronbackscatterdiffraction,EBSD)分析电脉冲处理前后SLM-Ti6Al4V的α板条的演变；其中：(a)EPT-0；(b)EPT-6；(c)EPT-7；(d)EPT-7.5；(e)EPT-8；(f)EPT-8.5。图6为电脉冲处理前后SLM-Ti6Al4V的α板条尺寸变化(平均宽度)统计；其中：(a)EPT-0；(b)EPT-6；(c)EPT-7；(d)EPT-7.5；(e)EPT-8；(f)EPT-8.5。。图7为电脉冲处理前后SLM-Ti6Al4V的硬度变化。图8为采用三维X射线成像技术(X-rayTomography,XRT)观察缺陷改善效果；其中：(a)改善前；(b)改善后。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善激光选区熔化增材制造钛合金缺陷或组织状态的电脉冲处理方法，其特征在于：该方法是利用高能脉冲试验设备对激光选区熔化增材制造的钛合金样品进行电脉冲处理，从而优化其微观组织或缺陷状况，进而可调控材料力学性能。/n

【技术特征摘要】
1.一种改善激光选区熔化增材制造钛合金缺陷或组织状态的电脉冲处理方法，其特征在于：该方法是利用高能脉冲试验设备对激光选区熔化增材制造的钛合金样品进行电脉冲处理，从而优化其微观组织或缺陷状况，进而可调控材料力学性能。


2.根据权利要求1所述的改善激光选区熔化增材制造钛合金缺陷或组织状态的电脉冲处理方法，其特征在于：所述钛合金样品为Ti-6Al-4V合金。


3.根据权利要求1所述的激光选区熔化改善增材制造钛合金缺陷或组织状态的电脉冲处理方法，其特征在于：所述电脉冲处理过程中，电脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳华杰，贲丹丹，高佳宝，孟令晓，邵琛玮，张哲峰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21