[发明专利]一种钛或钛合金选区强化的一体化激光增材制造方法

说明书

本发明提供一种钛或钛合金选区强化的一体化激光增材制造方法，能够在增材制造过程中实现选区氮化与工件成形同步完成，可在不改变原增材制造工艺参数的情况下，获得与基体结合致密的无裂纹缺陷的氮化钛梯度强化层。所述方法为：在惰性气氛加工室中，采用逐层沉积的方法进行钛或钛合金零件的激光增材制造；当沉积到非强化区域时，采用惰性气体作为载粉气体和激光镜头保护气；当沉积到强化区域时，在不改变各项工艺参数的情况下，通过采用含有30％～100％氮气的惰性气体作为载粉气体和激光镜头保护气，改变熔池处的气体氛围，使熔池处的气体氛围中含有30％～100％氮气，使强化区域沉积完成后得到氮化钛强化层。

技术领域

本发明属于钛合金先进制造领域，涉及钛及钛合金表面改性方法，具体为一种钛或钛合金选区强化的一体化激光增材制造方法。

背景技术

钛及钛合金由于密度小、比强度高和耐蚀性好等特性，被广泛应用于航空、航天、化工和医疗等领域。但是由于钛合金熔点高、熔融态活性高、变形抗力大，一般需要采用真空冶炼的方法生产铸锭，而且后续的塑形成形加工也比较困难。而增材制造技术作为一种新的零件制造技术，利用逐层堆积的方式就可以获得近净成形的零件，较好的解决了传统方法加工制造钛合金零件困难的问题。但是钛及钛合金的耐磨性低，在具有摩擦磨损的应用场合受到了严重限制，而对钛及钛合金进行表面改性是一种很具有实用价值的方法，因此提高钛及钛合金零件的表面抗摩擦磨损性能成为了当前国内外的研究热点。

传统的表面改性方法，如等离子氮化，热喷涂等工艺，存在涂层薄、涂层与基体结合力弱等问题。而激光改性工艺由于可控性强、强化层与基体结合良好、工作效率高等原因获得广泛关注。目前国内外存在的钛及钛合金激光表面改性方法主要有激光熔覆、激光合金化、和激光熔凝。三种激光表面改性方法虽然各有优势，但是裂纹倾向性比较高，对于裂纹的控制通常需要采用多种复杂的工艺措施，强化成本较高，而且通常情况下，零件的成形与表面强化是分步完成的，时间成本也较高。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种钛或钛合金选区强化的一体化激光增材制造方法，能够在增材制造过程中实现选区氮化与工件成形同步完成，无需各种表面处理措施，可在不改变原增材制造工艺参数的情况下，获得与基体结合致密的无裂纹缺陷的氮化钛梯度强化层，使增材制造钛及钛合金零件表面获得高硬度及高耐磨性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种钛或钛合金选区强化的一体化激光增材制造方法，在惰性气氛加工室中，采用逐层沉积的方法进行钛或钛合金零件的激光增材制造；

当沉积到非强化区域时，采用惰性气体作为载粉气体和激光镜头保护气；

当沉积到强化区域时，在不改变各项工艺参数的情况下，通过采用含有30％～100％氮气的惰性气体作为载粉气体和激光镜头保护气，改变熔池处的气体氛围，使熔池处的气体氛围中含有30％～100％氮气，使强化区域沉积完成后得到氮化钛强化层。

优选的，完成钛或钛合金的增材制造，制备出强化区域存在氮化钛强化层的钛或钛合金后，零件在惰性气氛加工室中自然冷却至100℃以下后将其取出自然冷却至室温。

优选的，当沉积到强化区域时，通过控制熔池处氮气的含量逐级增加，获得强度逐级增强的具有梯度过渡特征的强化层。

优选的，所述的激光增材制造采用送粉式或送丝式激光增材制造方法，其中粉末或丝材与载粉气体和激光镜头保护气同步送进。

优选的，所述的惰性气氛加工室中的气氛和惰性气体均采用氩气。

优选的，氮化钛强化层硬度较未强化前提高2～5倍。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：