钛制造技术

本发明专利技术提供了一种钛

【技术实现步骤摘要】
钛/铝异质金属构件及其激光增材制造方法


[0001]本专利技术涉及激光增材制造
，具体涉及一种钛
/
铝异质金属构件及其激光增材制造方法
。

技术介绍

[0002]在航空航天产品领域，结构轻量化
、
结构功能一体化和低成本设计的需求越来越迫切，综合利用不同材料的性能优势，将具有不同特性的材料组合在一起使用越来越受到重视
。
钛合金比强度高，耐磨性好，具有良好的综合力学性能，但价格相对较贵，而铝合金密度小
、
抗蚀性好，价格相对较低廉，将这两种材料连接起来构成复合构件可以最大限度发挥两种材料的优势，达到材料使用性能和经济效益的平衡
。
[0003]但是，由于钛
、
铝合金的物理化学性质具有较大差异，导致钛合金与铝合金的连接比较困难
。
目前
Ti/Al
异种金属的连接方法主要有焊接
、
铆接
、
压铸等方面，但由于工艺特性的约束，现有连接方法的应用受到极大的限制
。
在钛合金和铝合金异种金属焊接的过程中，两者结合界面极易形成
Ti3Al、TiAl、TiAl2和
TiAl3等脆性金属间化合物，增加了合金结合面出现裂纹
、
零件整体开裂的风险，降低了结合强度，因此，降低结合面脆性金属间化合物的析出是制造高强度铝
/
钛复合结构需要解决的关键问题
。
[0004]选区激光熔化成形
(Selective Laser Melting
，
SLM)
技术是一种高精度的金属增材制造方法，该技术基于增材制造的基本思想，即分层制造
、
逐层叠加的制造方式，打印出的样品表面光滑
、
结构精细
。
然而，传统的
SLM
技术普遍仅能制造单一金属材料组成的零件，难以打印由多种材料组成的零件
。
尤其是目前尚难以采用
SLM
方法制备性能优良的钛
/
铝异质金属构件
。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种钛
/
铝异质金属构件及其激光增材制造方法，采用该钛
/
铝异质金属构件激光增材制造方法可以减少
Ti3Al、TiAl、TiAl2和
TiAl3等脆性金属间化合物的生成，进而提高激光增材制造钛
/
铝异质金属构件的强度
。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，提供了一种钛
/
铝异质金属构件激光增材制造方法
。
[0007]该钛
/
铝异质金属构件激光增材制造方法包括以下步骤：
[0008]采用选区激光熔化成形法制备钛合金工件；
[0009]对所述钛合金工件进行渗铌处理，以在所述钛合金工件的表面形成铌过渡层；
[0010]采用选区激光熔化成形法在所述铌过渡层上沉积铝合金，制得钛
/
铝异质金属构件
。
[0011]进一步的，所述渗铌处理采用铌粉浆渗铌法
、
硼砂盐浴渗铌法或双辉等离子渗铌法；其中，
[0012]所述铌粉浆渗铌法包括：
[0013]在所述钛合金工件的表面形成铌粉浆层；
[0014]对带有所述铌粉浆层的所述钛合金工件进行加热处理，以在所述钛合金工件的表面形成铌过渡层；
[0015]优选的，在所述钛合金工件的表面喷涂或刷涂铌粉浆，以形成所述铌粉浆层；
[0016]优选的，所述铌粉浆层的厚度为
0.1
～
1mm。
[0017]进一步的，所述硼砂盐浴渗铌法包括：
[0018]将所述钛合金工件浸没在盐浴渗铌剂中，加热至
900
～
1100℃
，保温4～
8h
后随炉冷却至室温，以在所述钛合金工件的表面形成铌过渡层；
[0019]优选的，所述盐浴渗铌剂采用
80
～
95
％无水硼砂
、4
～
10
％铌粉和1～5％铝粉形成
。
[0020]进一步的，所述双辉等离子渗铌法的工艺参数为：源极电压
600V、
阴极电压
300V、
气压
50Pa、
极间距
16mm
，加热温度
1000℃
，保温
3h
后通入氩气冷却
1h
，然后抽到极限真空，随炉冷却至室温，以在所述钛合金工件的表面形成铌过渡层
。
[0021]进一步的，所述渗铌处理还包括：
[0022]在进行渗铌操作前对所述钛合金工件的表面进行打磨处理；以及
[0023]形成铌过渡层后对所述铌过渡层进行打磨处理；
[0024]优选的，对所述钛合金工件的表面进行打磨至粗糙度
Ra≤6.3
μ
m
；
[0025]优选的，对所述铌过渡层进行打磨至粗糙度
Ra≤6.3
μ
m。
[0026]进一步的，所述加热温度为
1000
～
1500℃
，时间为
15
～
60min
；
[0027]优选的，加热温度为
1300
～
1500℃
，时间为
20
～
30min。
[0028]进一步的，所述钛合金工件的制备工艺参数为：
[0029]预热温度为
150
～
200℃
，激光功率为
200
～
400W
，扫描速度为
1000
～
2000mm/s
，扫描间距为
0.10
～
0.20mm。
[0030]进一步的，在所述铌过渡层上沉积铝合金的工艺参数为：
[0031]预热温度
150
～
200℃
，激光功率
200
～
400W
，扫描速度
1000
～
2000mm/s
，扫描间距
0.10
～
0.20mm。
[0032]进一步的，还包括以下步骤：
[0033]在进行渗铌处理前，对所述钛合金工件进行去应力退火处理；以及
[0034]对制得的所述钛
/
铝异质金属构件进行去应力退火处理；
[0035]优选的，所述去应力退火处理的工艺条件均为：温度为
400
～
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钛
/
铝异质金属构件激光增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：采用选区激光熔化成形法制备钛合金工件；对所述钛合金工件进行渗铌处理，以在所述钛合金工件的表面形成铌过渡层；采用选区激光熔化成形法在所述铌过渡层上沉积铝合金，制得钛
/
铝异质金属构件
。2.
如权利要求1所述的钛
/
铝异质金属构件激光增材制造方法，其特征在于，所述渗铌处理采用铌粉浆渗铌法
、
硼砂盐浴渗铌法或双辉等离子渗铌法；其中，所述铌粉浆渗铌法包括：在所述钛合金工件的表面形成铌粉浆层；对带有所述铌粉浆层的所述钛合金工件进行加热处理，以在所述钛合金工件的表面形成铌过渡层；优选的，在所述钛合金工件的表面喷涂或刷涂铌粉浆，以形成所述铌粉浆层；优选的，所述铌粉浆层的厚度为
0.1
～
1mm。3.
如权利要求2所述的钛
/
铝异质金属构件激光增材制造方法，其特征在于，所述硼砂盐浴渗铌法包括：将所述钛合金工件浸没在盐浴渗铌剂中，加热至
900
～
1100℃
，保温4～
8h
后随炉冷却至室温，以在所述钛合金工件的表面形成铌过渡层；优选的，所述盐浴渗铌剂采用
80
～
95
％无水硼砂
、4
～
10
％铌粉和1～5％铝粉形成
。4.
如权利要求2所述的钛
/
铝异质金属构件激光增材制造方法，其特征在于，所述双辉等离子渗铌法的工艺参数为：源极电压
600V、
阴极电压
300V、
气压
50Pa、
极间距
16mm
，加热温度
1000℃
，保温
3h
后通入氩气冷却
1h
，然后抽到极限真空，随炉冷却至室温，以在所述钛合金工件的表面形成铌过渡层
。5.
如权利要求1所述的钛
/
铝异质金属构件激光增材制造方法，其特征在于，所述渗铌处理还包括：在进行渗铌操作前对所述钛合金工件的表面进行打磨处理；以及形成铌过渡层后对所述铌过渡层进行打磨处理；优选的，对所述钛合金工件的表面进行打磨至粗糙度
Ra≤6...

【专利技术属性】
技术研发人员：王忠，柯鑫，谢炳卿，王建伟，张敬国，潘旭，杨心语，
申请(专利权)人：有研纳微新材料北京有限公司，
类型：发明
国别省市：