用于提升钛合金服役寿命的加工方法、钛合金及测试方法技术

本发明专利技术涉及一种用于提升钛合金服役寿命的加工方法、钛合金及测试方法。该加工方法对经过选择性激光融化制备得到的TC4钛合金进一步加工。先对钛合金制品的待加工面进行打磨抛光处理直至出现镜面效果，随即将抛光后的制品进行清洗和干燥处理。然后利用飞秒激光加工系统将钛合金制品的待加工面烧蚀纵横交错的方格状沟槽。飞秒激光加工系统的激光波长为800nm，脉冲宽度为104fs，频率为1kHz。再将钛合金制品于室温空气中静置处理，在待加工面形成周期性的波纹状微纳米结构。该加工方法使SLM打印过程中产生的影响服役寿命的非平衡相得到大大改善。并且通过室温空气静置样品，相较于表面镀膜和涂层等方法有着工艺流程简单、环保、无杂质且可无人值守的优点。无杂质且可无人值守的优点。无杂质且可无人值守的优点。

【技术实现步骤摘要】
用于提升钛合金服役寿命的加工方法、钛合金及测试方法


[0001]本专利技术涉及钛合金加工
，特别是涉及一种用于提升钛合金服役寿命的加工方法，以及采用该加工方法加工而得的钛合金，还涉及对该钛合金耐腐蚀性能的测试方法。

技术介绍

[0002]TC4钛合金(Ti
‑
6Al
‑
4V)具有耐蚀性优良、密度小、比强度高以及韧性和焊接性较好等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成功的应用，目前常采用选区激光熔化(selective laser melting，SLM)3D打印钛合金的技术得到TC4钛合金制品，选区激光熔化是激光器对粉末材料(金属、复合材料、陶瓷等)进行选择区域熔化凝固成形，是一种由离散点一层层堆积成三维实体的工艺方法，采用这种方法能够保留钛合金优异力学性能的同时，具有便利性、无空间限制和高精度的特点。
[0003]目前常采用(1)调整激光参数、(2)表面涂层法、(3)加热、(4)使用高能连续激光辐射法等方法，来提高由选区激光熔化制备得到的钛合金质量，提升其服役寿命。然而现有技术也存在以下缺点：
[0004](1)SLM打印钛合金的打印过程中快速冷却导致产生非平衡相的产生，破坏了钛合金本身优异的服役寿命。调整激光加工参数无法从本质上改变合金组织结构中的非平衡相及缺陷的形成，对于显著提升其服役寿命具有一定的局限性。
[0005](2)表面涂层法在提高服役寿命的同时会在原有材料体系中引入了新的杂质，并且涂层本身的稳定性和寿命不能得到保证。
[0006](3)加热虽然能一定程度上改善样品的非平衡相，但是对样品的服役寿命提升有限，并且不合理的加热策略可能会劣化样品的耐腐蚀性能。
[0007](4)高能连续激光在处理样品表面时会产生较大的热影响区，在快冷的条件下依旧会诱导非平衡相的产生。尽管会改善表面粗糙度和力学性能，但是并不利于金属服役寿命的提升。
[0008]综上，目前提升SLM打印TC4合金服役寿命方法的容易引入杂质，并且存在效率低下、不够便捷等不足。

技术实现思路

[0009]基于此，有必要针对现有技术中提升SLM打印TC4钛合金服役寿命时容易引入杂质且操作复杂的技术问题，本专利技术提供一种用于提升钛合金服役寿命的加工方法、钛合金及测试方法。
[0010]本专利技术公开一种用于提升钛合金服役寿命的加工方法，钛合金是经过选择性激光融化制备得到的TC4钛合金。加工方法包括以下步骤：
[0011]S1.提供钛合金制品，对钛合金制品的待加工面进行打磨抛光处理直至出现镜面效果，随即将抛光后的制品进行清洗和干燥处理。
[0012]S2.利用飞秒激光加工系统将钛合金制品的待加工面烧蚀纵横交错的方格状沟槽。其中，飞秒激光加工系统的激光波长为800nm，脉冲宽度为104fs，频率为1kHz。
[0013]S3.将激光加工后的钛合金制品于室温空气中静置处理，进而在待加工面形成周期性的波纹状微纳米结构。
[0014]作为上述方案的进一步改进，S2中飞秒激光加工系统的激光功率为100mW。
[0015]作为上述方案的进一步改进，S2中，飞秒激光加工系统的激光扫描速度为5mm/s，扫描线间距为0.1mm。
[0016]作为上述方案的进一步改进，S3中，将钛合金制品于室温空气中静置1
‑
7天。
[0017]作为上述方案的进一步改进，S1中，对待加工面进行打磨抛光处理的具体过程为：
[0018]先依次使用800、1200、2000目的砂纸对钛合金制品的待加工面进行打磨，再利用利用抛光布对待加工面进行抛光处理。
[0019]作为上述方案的进一步改进，S1中，还将抛光后的钛合金制品放入无水乙醇中浸泡清洗并吹干。
[0020]作为上述方案的进一步改进，S2中，在激光烧蚀方格形沟槽后，还利用去离子水或无水乙醇清洗待加工面，进而清除待加工面上附着的激光烧蚀所产生的飞溅物。
[0021]作为上述方案的进一步改进，S2中，在飞秒激光加工系统对待加工面进行烧蚀之前，还对飞秒激光加工系统进行激光对焦调节，并对待加工面进行水平调节。
[0022]本专利技术还公开一种钛合金，其采用上述任意一项用于提升钛合金服役寿命的加工方法制备而成。钛合金包括基底和位于基底表面的耐腐蚀层。其中，耐腐蚀层上设置有纵横交错的方形沟槽，且具备周期性的波纹状微纳米结构。
[0023]本专利技术还公开一种钛合金耐腐蚀性能的测试方法，测试方法包括以下步骤：
[0024]提供钛合金制品。钛合金制品是经过选择性激光融化制备得到的TC4钛合金。
[0025]将导线的一端连接在钛合金制品的一侧上并固定，并利用环氧树脂将钛合金制品的所有非待加工面封装。
[0026]采用上述任意一项用于提升钛合金服役寿命的加工方法，对钛合金制品的待加工面进行加工，进而在待加工面上形成耐腐蚀层，作为待测面。
[0027]采用三电极法对钛合金制品的待测面进行电化学测量，进而测量出相应的开路电压、控制电位阻抗谱以及动电位极化曲线。其中，饱和甘汞作为参比电极，铂电极作为对电极，钛合金制品作为工作电极，测试体系为3.5wt％NaCl溶液。
[0028]与现有技术相比，本专利技术公开的技术方案具有如下有益效果：
[0029]1.本专利技术采用飞秒激光烧蚀结合空气自氧化的加工方法来提升TC4钛合金的服役寿命，增加其耐腐蚀能力。由于飞秒激光因其具有极高的脉冲能量，同时拥有极短的脉冲宽度，使基底材料在极短的时间内被迅速去除，从而实现“冷加工”的特点。这种冷加工的特点使得SLM打印过程中产生的影响服役寿命的非平衡相得到大大改善。并且通过将样品在室温空气中静置这种后期处理方法，相较于表面镀膜和涂层等方法有着工艺流程简单、环保、无杂质且可无人值守的优点，进而在提升钛合金服役寿命的同时兼顾方便、高效的优点。
[0030]2.该测试方法用于测试钛合金的耐腐蚀能力，因钛合金本身性能的优异性，通过电化学的方法测量腐蚀性能的变化能极大地缩短钛合金表面腐蚀所需的时间，可以探究加工后的样品放置在室温空气中不同天数对SLM打印TC4腐蚀性能的影响。并且，使用高分辨
率场发射电镜来观察钛合金表面的微观结构，能够直观地看出经过加工前后样品表面微观结构的变化，便于探寻服役寿命提升的原因。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例中用于提升钛合金服役寿命的加工方法的流程图；
[0032]图2为本专利技术实施例中性能测试时3.5wt％NaCl溶液中不同样品的开路电位；
[0033]图3为本专利技术实施例中性能测试时3.5wt％NaCl溶液中不同样品的阻抗谱；
[0034]图4为本专利技术实施例中性能测试时3.5wt％NaCl溶液中不同样品的动电位极化曲线；
[0035]图5为本专利技术实施例中空白样钛合金样品的表面微观结构图；
[0036]图6为本专利技术实施例中室温空气中静置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于提升钛合金服役寿命的加工方法，其特征在于，所述钛合金是经过选择性激光融化制备得到的TC4钛合金；所述加工方法包括以下步骤：S1.提供钛合金制品，对所述钛合金制品的待加工面进行打磨抛光处理直至出现镜面效果，随即将抛光后的制品进行清洗和干燥处理；S2.利用飞秒激光加工系统将所述钛合金制品的待加工面烧蚀纵横交错的方格状沟槽；其中，所述飞秒激光加工系统的激光波长为800nm，脉冲宽度为104fs，频率为1kHz；S3.将激光加工后的钛合金制品于室温空气中静置处理，进而在待加工面形成周期性的波纹状微纳米结构。2.根据权利要求1所述的用于提升钛合金服役寿命的加工方法，其特征在于，S2中所述飞秒激光加工系统的激光功率为100mW。3.根据权利要求1所述的用于提升钛合金服役寿命的加工方法，其特征在于，S2中，所述飞秒激光加工系统的激光扫描速度为5mm/s，扫描线间距为0.1mm。4.根据权利要求1所述的用于提升钛合金服役寿命的加工方法，其特征在于，S3中，将所述钛合金制品于室温空气中静置1
‑
7天。5.根据权利要求1所述的用于提升钛合金服役寿命的加工方法，其特征在于，S1中，对所述待加工面进行打磨抛光处理的具体过程为：先依次使用800、1200、2000目的砂纸对所述钛合金制品的待加工面进行打磨，再利用利用抛光布对所述待加工面进行抛光处理。6.根据权利要求5所述的用于提升钛合金服役寿命的加工方法，其特征在于，S1中，还将抛光后的钛合金制品放入无...

【专利技术属性】
技术研发人员：方金鹏，吴思竹，戴念维，张来昌，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：