[发明专利]一种氮元素原位强化的梯度钛合金激光增材制造方法

说明书

本发明公开一种氮元素原位强化的梯度钛合金激光增材制造方法，激光装置在工作过程中产生激光束，送丝机构送入的钛合金焊丝和周围钛合金材料在激光热量作用下呈熔融态，反应气体氮气在激光束作用下电离，离子态的氮与熔融态的钛合金原位反应，在待加工钛合金材料上原位生成氮化钛增强相。调节气体配比器实现不同的氮氩气配比，从而得到不同的梯度强化效果。本发明在钛合金增材制造的过程中，同时实现对钛合金材料的强化，无需再额外进行材料的二次强化，减少工艺流程，同时可以通过调节不同的气体配比实现钛合金材料的可控梯度强化，扩大了钛合金材料的使用范围。

技术领域

本发明涉及钛合金增材制造领域，特别是涉及一种氮元素原位强化的梯度钛合金激光增材制造方法。

背景技术

钛及钛合金由于其密度低、比强度高、抗腐蚀性好等优点，被认为是最有前途的金属结构材料之一。因为增材制造具有的切片分层的技术特点，所以被广泛应用于钛合金复杂零件的制造中。激光增材制造作为其中重要的分支，凭借其精度高、成形好的优点，逐渐在钛合金增材制造领域占据重要的位置。但当前钛合金的激光增材制造方法不能满足在制造的过程中同时实现对材料的强化，这就使得制备的材料应用于工业中需要额外进行二次加工强化，增加了工艺流程和生产成本；同时，二次强化往往只能对材料的表面进行强化，无法实现对材料内部的强化，极大限制了高强度钛合金材料在众多领域的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮元素原位强化的梯度钛合金激光增材制造方法，在钛合金增材制造的过程中，同时实现对钛合金材料的整体强化，并且通过控制气体配比实现可控的强化效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案。

一种氮元素原位强化的梯度钛合金激光增材制造方法，所述方法包括：将表面处理干净的待加工的钛合金基板固定在可控工台上。

控制焊丝与所述待加工的钛合金基板的角度为30°，并使所述焊丝位于激光头的正下方。

打开氮气瓶和氩气瓶，提供反应气体氮气和保护气体氩气。

打开送丝机构，调节送丝速度，在激光热源运动的同时实现焊丝的同步送入。

通过激光控制中心打开激光器开关，激光器产生激光并从激光头中发射激光束；所述氮气在所述激光束作用下电离，形成离子态的氮，其与反应过程中送入的焊丝和周围处于熔融态的钛合金反应，在所述待加工的钛合金基板上原位生成氮化钛增强相。

可选的，在所述打开氮气瓶和氩气瓶，提供反应气体氮气和保护气体氩气之后还包括：调节所述氮气的流量和所述氩气的流量，从而实现不同的钛合金强化效果。

可选的，所述焊丝为钛合金焊丝。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明氮元素原位强化的钛合金激光增材制造的过程中，通入氮气，使氮气在激光的作用下呈离子状态，与熔融状态的钛合金原位反应，在待加工的钛合金基板生成氮化钛增强相，使钛合金增材制造与对钛合金材料的强化过程同时进行，操作过程简单，同时在制造过程中通过调节不同的气体配比可以制得钛合金梯度材料，提高了钛合金材料的使用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例提供的氮元素原位强化的梯度钛合金激光增材制造方法的结构示意图。

图2为本发明的实施例提供的氮元素原位强化的梯度钛合金激光增材制造方法的流程图。

图3为本发明的实施例提供的氮元素原位强化的梯度钛合金激光增材制造方法的原理图。