一种采用自熔合金粉末的ZM6镁合金部件激光再制造成形工艺制造技术

本发明专利技术属于激光再制造技术领域，具体涉及一种采用自熔合金粉末的ZM6镁合金部件激光再制造成形工艺。所述工艺包括：标记铸造缺陷部位、去除炉渣及腐蚀、坡口开设、X射线二次检查、同质垫板预置装夹、激光再制造成形。采用自熔合金粉末对存在铸造缺陷的ZM6镁合金机械部件进行激光再制造成形修复，熔覆层与基体材料成分接近，热膨胀系数等物性参数匹配，可显著控制熔覆层与基体界面处硬脆相的增生，提高界面结合强度，防止热裂纹以及内部气孔的发生，提高再制造成形的修复质量。高再制造成形的修复质量。高再制造成形的修复质量。

【技术实现步骤摘要】
一种采用自熔合金粉末的ZM6镁合金部件激光再制造成形工艺


[0001]本专利技术属于激光再制造
，具体涉及一种采用自熔合金粉末的ZM6镁合金部件激光再制造成形工艺。

技术介绍

[0002]镁合金作为最轻的金属结构材料，具有比强度与比刚度高、尺寸稳定、易于加工成形、导热导电性好、阻尼减振、电磁屏蔽和容易再回收等优点，在航空航天领域，镁合金被广泛应用于制造飞机、导弹、飞船、卫星上的重要机械装备零件，以减轻零件质量，提高飞行器的机动性能，降低航天器的发射成本。而ZM6型镁合金为钕稀土元素添加的耐热型镁合金，因高温性能的显著提升，而广泛用于飞机减速器机闸以及油泵盖等关键部件的制造。但该类型合金在铸造过程中易产生缩孔、疏松、气孔、裂纹、氧化夹杂、熔剂夹杂、重金属偏析及反应性夹砂等铸造缺陷，影响部件的工况寿命及服役安全，回炉重新熔铸也将进一步增加资源、环境的损耗和污染，且相关经济成本也将极大提升。
[0003]针对上述难点，国内外研究者开展了系列研究并取得一定进展，但以下难点仍严重制约该类合金部件再制造的关键性问题：
[0004](1)异质材料的增材再制造过程将引起原部件质量重心偏移，影响该类合金高转数部件动力学性能；
[0005](2)覆层组织与原部件的铸态组织存在一定差异性，优化熔覆工艺对覆层性能的提升程度相对受限，造成再制造覆层组织与性能低于原部件；
[0006](3)ZM6镁合金激光熔覆过程中，熔点低，极易燃烧；且易产生金属蒸汽，对激光光束形成一定的阻隔作用，引起基材的激光能量吸收率下降。
[0007]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0008]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种自熔合金粉末的ZM6镁合金部件激光再制造成形工艺，利用与ZM6 合金部件同质的自熔合金粉末作为再制造成形粉末，能够显著提升 ZM6镁合金部件激光再制造成形的形状精度、金相组织形态以及材料力学性能，能够有效控制熔覆层与基体界面处裂纹以及气孔的产生，提升界面结合强度，提升再制造成形的修复质量。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0010]本专利技术的目的在于提供一种采用自熔合金粉末的ZM6镁合金部件激光再制造成形工艺，具体包括如下步骤：
[0011](1)利用X射线检查ZM6镁合金部件的铸造缺陷部位，确定铸造缺陷在ZM6镁合金部件上的所在位置，并进行范围标记，此处的缺陷可以为铸造疏松、缩孔、气孔、裂纹、氧化夹杂、熔剂夹杂、重金属偏析及反应性夹砂等；
[0012](2)ZM6镁合金部件铸造表面炉渣及腐蚀的去除，采用砂轮机或者角磨机去除表面粘结炉渣、表面腐蚀以及粒子冲蚀所产生的锈蚀及毛边，将再制造部位表面磨平，使ZM6镁合金部件的再制造部位表面尺寸公差控制在0.5mm以内；若尺寸公差大于0.5mm，则会导致ZM6 镁合金激光成形时不聚焦、不易成形；
[0013](3)再制造部位的坡口开设：采用机械加工方式在标记的缺陷部位开设坡口，坡口开设部位的底部预留至少1mm板材厚度；
[0014](4)X射线二次检查：对步骤(3)开设的坡口进行X射线二次检查，如发现仍有部分缺陷残留在坡口底部预留的板材内，则将坡口底部开通，成为坡口通孔，以确保缺陷被完全去除；
[0015](5)坡口通孔底部同质垫板预置装夹：如步骤(4)中坡口底部开通，成为坡口通孔，则在坡口通孔底部预置ZM6镁合金垫板，并采用现有工装夹具实现ZM6镁合金部件与ZM6镁合金垫板的固定和装夹，使两者装夹牢固、贴合紧密；
[0016](6)自熔合金粉末的干燥，所述自熔合金粉末包括如下质量百分比的组分：2.06％～2.87％的Nd，0.42％～0.58％的Zr，0.12％～0.58％的Zn，0.01％～0.04％的Ni，0.04％～0.06％的Cu，余量为Mg；
[0017](7)激光再制造成形：向惰性气体保护舱内持续通入氩气，氩气纯度为99.99％，舱内氧气含量低于100ppm；ZM6镁合金粉末易燃烧，控制舱内氧气含量低于100ppm，防止燃烧产生杂质，影响修复质量及界面结合强度；
[0018]采用环形送粉方式进行激光再制造成形，根据再制造部位的体积损伤高度和单层成形高度，控制再制造成形层数；
[0019](8)层间烟尘与金属蒸汽抽除：激光再制造成形过程中，严格控制舱内烟尘及金属蒸汽浓度，并逐层停光，进行抽除烟尘及金属蒸汽；避免烟尘及金属蒸汽对激光光束形成阻隔作用，引起基材的激光能量吸收率下降；
[0020](9)开舱前处理：激光再制造成形过程完成后，关闭激光器，继续按照步骤(8)进行烟尘和金属蒸汽的抽除，持续10分钟，并充分静置40min以上，待舱内温度恢复至室温，开舱，得到再制造成形后的ZM6镁合金部件。开舱前务必进行步骤(9)的处理，以免舱内储存大量烟尘和金属蒸汽在高温和高压的条件下瞬间冲出引起爆炸，造成危险。
[0021]优选地，所述自熔合金粉末的形状为球形或类球形，粒度为 50
‑
150μm，采用高纯真空雾化的方式制备得到。该粉末粒度尺寸有利于激光再制造成形工艺，粒度过大或过小均会影响粉末的飞行速度、成形层的精密度以及烟尘或金属蒸汽的浓度。
[0022]优选地，所述步骤(2)具体为：采用砂轮机或者角磨机去除部件表面粘结炉渣、表面腐蚀以及粒子冲蚀所产生的锈蚀及毛边，将再制造部位表面磨平。
[0023]优选地，步骤(3)中所述坡口为倒梯形结构，底角为100
°
～130
°
，有利于熔覆成形且能实现较好的边界熔合；
[0024]步骤(5)中所述垫板的厚度至少为2mm，且垫板较坡口底部宽出1mm以上。
[0025]优选地，所述步骤(6)具体为：将自熔合金粉末放入真空干燥烘箱内，抽真空至0.2MPa以下，然后加热至100℃
‑
120℃，保温1h
‑
2h，随炉冷却到室温。
[0026]优选地，步骤(7)中所述激光再制造成形的工艺参数为：激光功率0.9～1.3kW，扫描速度为4～6mm/s，送粉速率为18.4～28.2g/min，载气流量为3～8L/min，光斑为圆形，光
斑直径为3～3.5mm，离焦量为3～5mm，成形路径结合缺陷部位结构特征进行规划，光束能量呈现高斯分布，成形层单层成形高度控制在0.5～1.2mm之间。
[0027]优选地，步骤(8)中抽除过程为全密闭惰性气体循环，且该过程可能会引起舱内氧气含量小幅度上升，所以应不间断通入氩气，并控制烟尘和金属蒸汽抽排完毕氧气浓度降低至100ppm以下，可继续后续的激光再制造成形过程。
[0028]优选地，在步骤(9)之前根据成形层表面是否规整或是否存在夹渣选择是否进行层间清理工艺，所述层间清理工艺为：成形过程中，可停止激光辐照和向熔池内送粉，采用金属锤锤击成形层，在成形层表面出现不显著凹坑；在进行下一次成形前，采用钢刷对前一次成形部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用自熔合金粉末的ZM6镁合金部件激光再制造成形工艺，其特征在于，包括如下步骤：(1)利用X射线检查并标记ZM6镁合金部件的铸造缺陷部位；(2)ZM6镁合金部件铸造表面炉渣及腐蚀的去除，使ZM6镁合金部件的再制造部位表面尺寸公差控制在0.5mm以内；(3)再制造部位的坡口开设：采用机械加工方式在标记的缺陷部位开设坡口，坡口开设部位的底部预留至少1mm板材厚度；(4)X射线二次检查：对步骤(3)开设的坡口进行X射线二次检查，如发现仍有部分缺陷残留在坡口底部预留的板材内，则将坡口底部开通，成为坡口通孔，以确保缺陷被完全去除；(5)坡口通孔底部同质垫板预置装夹：如步骤(4)中坡口底部开通，成为坡口通孔，则在坡口通孔底部预置ZM6镁合金垫板；(6)自熔合金粉末的干燥，所述自熔合金粉末包括如下质量百分比的组分：2.06％～2.87％的Nd，0.42％～0.58％的Zr，0.12％～0.58％的Zn，0.01％～0.04％的Ni，0.04％～0.06％的Cu，余量为Mg；(7)激光再制造成形：向惰性气体保护舱内持续通入氩气，氩气纯度为99.99％，舱内氧气含量低于100ppm；采用环形送粉方式进行激光再制造成形，根据再制造部位的体积损伤高度和单层成形高度，控制再制造成形层数；(8)层间烟尘与金属蒸汽抽除：激光再制造成形过程中，严格控制舱内烟尘及金属蒸汽浓度，并逐层停光，进行抽除烟尘及金属蒸汽；(9)开舱前处理：激光再制造成形过程完成后，关闭激光器，继续按照步骤(8)进行烟尘和金属蒸汽的抽除，持续10分钟，并充分静置40min以上，待舱内温度恢复至室温，开舱，得到再制造成形后的ZM6镁合金部件。2.根据权利要求1所述采用自熔合金粉末的ZM6镁合金部件激光再制造成形工艺，其特征在于，所述自熔合金粉末的形状为球形或类球形，粒度为50
‑
150μm，采用高纯真空雾化的方式制备得到。3.根据权利要求1所述采用自熔合金粉末的ZM6镁合金部件激光再制造成形工艺，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：任维彬，吴瑞煜，张海，
申请(专利权)人：扬州镭奔激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：