一种盐膜法提高合金微区表面质量的方法及应用技术

本发明专利技术涉及激光增材制造的电解加工技术领域，具体为一种盐膜法提高合金微区表面质量的方法及应用，所述方法包括：采用饱和氯化镍、氯化钠乙二醇混合电解液进行电解加工。通过在工件表面形成过饱和的盐膜，从而进一步提高了工件表面微区质量，提高了合金器件的使用寿命。命。

【技术实现步骤摘要】
一种盐膜法提高合金微区表面质量的方法及应用


[0001]本专利技术涉及激光增材制造的电解加工
，具体为一种盐膜法提高合金微区表面质量的方法及应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]激光立体成形技术作为一种先进的增材制造技术，可实现大型、复杂、难加工金属构件的高性能、全致密、近净成形，因此被广泛应用在航空、航天、航海以及核电等领域。镍基高温合金以其力学性能优异、组织稳定性好以及抗氧化性能优良的特点而备受关注。目前，激光立体成形技术已经被证明是大型镍基高温合金复杂构件的有效加工方法之一。然而，激光立体成形镍基高温合金构件的表面质量极差，在成形件应用之前必须经过表面处理。而镍基高温合金作为一种典型的难加工材料，采用传统的机械加工(车、铣、刨、磨等)容易引起加工效率低、表面质量差、刀具磨损严重等问题。以电化学阳极溶解去除材料为技术特征的电解加工技术，可以摆脱材料本身强度、硬度等力学性能的限制，实现高效率、低成本、无工具电极磨损的加工，已被广泛应用于激光立体成形大型构件的后续加工方法。
[0004]当前，电解加工技术普遍采用的电解液为水基中性盐溶液。通常情况下，金属在水基电解液中发生阳极溶解时，极易在其表面形成一层表面超钝化膜，使得电解加工的加工效率低、表面质量差、加工过程不稳定。尽管较高的电流密度可以有效的去除表面超钝化膜，但是由于金属离子在水基电解液中的溶解度很大，且电解液一般具有较高的流速(一般大于10m/s)，因此镍基高温合金表面的金属离子会迅速被电解液带走，不易沉积在试样表面形成盐膜，很难获得较好的表面质量。需要指出的是，激光立体成形过程中，由于激光熔池的非平衡快速凝固，使得沉积态镍基高温合金微观组织包含了大量的形状不规则的电化学性能稳定的第二相颗粒(Laves相以及碳化物相)以及铌元素偏析区，采用水基电解液进行电解加工时，即便在高电流密度情况下，阳极材料加工表面亦较为粗糙，这主要是由于微观组织表面形成的超钝化膜的不均匀破裂使得各组成部分的阳极溶解速率存在差异(如铌偏析区溶解速率最快，γ基体相次之，第二相溶解速率最慢)，最终使得表面存在明显的微区不平整度。不难看出，采用水基电解液进行电解加工时，表面质量极易受到阳极材料内部微观组织的影响，尤其对于微观组织结构复杂的激光立体成形镍基高温合金构件。
[0005]为了提高工件表面质量，现有技术公开了利用氯化钠乙二醇电解液替换水基电解液来提高加工表面质量的技术方案，该技术方案通过采用乙二醇电解液，可有效避免水基溶液作为电解液时表面氧化膜的形成，显著改善电解加工时的加工效率低、表面质量差、加工过程不稳定等问题。该技术方案确实能够在一定程度上提高工件表面质量。然而，工艺过程极为复杂，需要往复扫描加工；另外，现有技术工艺对于成形构件后续表面处理仅仅止步于此，并没有发现利用氯化钠乙二醇作为电解液进行电解加工后的工件表面仍然存在一系
列的问题。
[0006]本申请专利技术人发现，即使采用氯化钠乙二醇溶液替换水基盐溶液作为电解液，经过电解加工之后的工件表面仍然存在微区不平整，这是因为微观组织中的不同组成相及偏析区的溶解速率仍然存在差异，这种微区表面质量差的问题将会降低合金的使用寿命，限制合金材料包括镍基高温合金的进一步应用。

技术实现思路

[0007]虽然，已经有大量的研究采用氯化钠乙二醇电解液来对合金进行电解加工，并通过采用特定的电解加工工艺获得了较好的表面质量，但是都只针对于单相合金(TiAl)或两相合金(钛合金)；另外，电解加工工艺较为复杂(如，较快的进给速率以及往复扫描等)。而对于微观组织极不均匀的激光立体成形镍基高温合金构件(γ基体/第二相/铌偏析区)，采用氯化钠乙二醇电解液电解加工之后，并没有获得理想的表面质量。
[0008]然而，本公开专利技术人发现，利用氯化钠乙二醇电解液进行电解加工确实能够提高激光立体成形镍基高温合金表面质量，但是，经过仔细研究发现，电解加工之后的合金表面仍然存在微区不平整，并伴随着微弱的缺陷，猜测这种缺陷可能与微观组织不均匀有关。可见，工件合金表面仍然存在着微区质量差的问题，微区缺陷严重影响着合金器件的使用寿命，尤其是承受动载的场所，这些微区缺陷极易诱导裂纹萌生。
[0009]由此可见，本公开专利技术人对于采用氯化钠乙二醇溶液作为电解液进行电解加工之后仍然存在构件表面微区缺陷、表面质量差问题的发现具有深刻而显著的研究意义。
[0010]为了解决上述问题，本公开提供了一种盐膜法提高合金微区表面质量的方法及应用，通过在工件表面形成过饱和的盐膜，实现对微区溶解行为的精确控制，从而进一步提高了工件表面微区质量，提高了合金器件的使用寿命。
[0011]具体地，本公开的技术方案如下所述：
[0012]在本公开的第一方面，一种盐膜法提高合金微区表面质量的方法，所述方法包括：在氯化钠乙二醇电解液中添加氯化镍直至饱和并进行电解加工。
[0013]在本公开的第二方面，采用上述方法得到的合金构件，所述合金构件表面粗糙度Ra为0.005
‑
0.04μm。
[0014]在本公开的第三方面，上述的方法在激光立体成形合金电解加工中的应用。
[0015]在本公开的第四方面，上述的合金构件在制备发动机、燃气轮机、核反应器中的应用。
[0016]本公开中的一个或多个技术方案具有如下有益效果：
[0017](1)、首先，本公开发现了即使利用氯化钠乙二醇进行电解加工，合金工件表面仍然存在微区缺陷、微区质量差、加工工艺复杂的问题，而现有技术没有对电解加工后的合金表面进行进一步研究，并没有意识到上述问题，可见，本公开关于上述问题的发现本身就具有非常重要的创新性，对于推动合金构件的进一步应用具有深远的意义。
[0018](2)、本公开还发现，采用饱和氯化镍、氯化钠乙二醇电解液，处理合金表面的过程中，不仅可以抑制造成微区缺陷的产物膜、杂质的形成，而且，电解加工过程中产生的金属镍离子来不及扩散，可在合金工件表面形成过饱和的盐膜(主要为氯化镍)，盐膜可有效降低表面凹陷区域的溶解并加速凸起区域的溶解，使得微区表面变得平整，从而有效解决合
金电解加工表面微区质量差的难题。
[0019](3)、利用上述方法进一步解决合金微区质量差的问题，相对于现有技术进一步提高了合金工件表面微区质量，得到的合金表面粗糙度Ra为0.005
‑
0.04μm，远远低于采用氯化钠乙二醇处理后的合金表面粗糙度，极大的提升了合金构件的质量。
[0020](4)、利用上述方案得到的合金构件，合金表明光滑明亮，不存在微观不平整度，更不存在微弱的缺陷，利用该合金构件制备的器件具有较长的使用寿命。
具体实施方式
[0021]下面结合具体实施例，进一步阐述本公开。应理解，这些实施例仅用于说明本公开而不用于限制本公开的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盐膜法提高合金微区表面质量的方法，其特征是，所述方法包括：在氯化钠乙二醇电解液中添加氯化镍直至饱和并进行电解加工。2.如权利要求1所述的一种盐膜法提高合金微区表面质量的方法，其特征是，所述氯化钠乙二醇电解液中进一步添加三氯化铬和/或氯化亚铁。3.如权利要求1所述的一种盐膜法提高合金微区表面质量的方法，其特征是：所述电解加工采用直流电解加工或脉冲电解加工；优选的为所述电解加工为直流电解加工。4.如权利要求1所述的一种盐膜法提高合金微区表面质量的方法，其特征是，所述合金包括固溶强化型合金、沉淀强化型合金或颗粒增强型金属基复合材料，优选的，所述合金为沉淀强化型合金。5.如权利要求4所述的一种盐膜法提高合金微区表面质量的方法，其特征是，所述沉淀强化型合金为镍基高温合金。6.如权利要求3所述的一种盐膜法提高合...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鹏飞，吴琳，王家昌，刘岩松，林鑫，兰红波，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：