[发明专利]一种添加Nb粉末改善钛合金增材制造拉伸性能的方法

说明书

本发明公开一种添加Nb粉末改善钛合金增材制造拉伸性能的方法，在完成一层或者一道钛合金增材制造后，在该层上均匀涂上Nb粉和酒精的混合液，再进行下一层或者下一道的增材制造，直到完成构件增材制造。在电弧作用下，酒精挥发，Nb粉随电弧熔化进入熔池中。Nb粉可作为钛合金中的异质形核质点，并有效改善组织。同时Nb与Ti具有相似的价电子结构和尺寸，能够与Ti无限固溶。通过在钛合金的CMT增材制造中加入一定的Nb元素来获得具有优秀拉伸性能的增材制造沉积零件，改善钛合金CMT沉积零件的显微组织从而提高力学性能。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，更加具体地说，涉及利用添加Nb粉末的方法进行钛合金的增材制造，从而提高钛合金沉积零件的抗拉强度。

背景技术

钛合金广泛应用在航空航天等领域，其使用量日益增加。增材制造(AdditiveManufacturing,AM)技术属于一种自下而上的制造方法。在钛合金增材制造过程中，由于热输入的积累，使钛合金的显微组织粗大，其拉伸性能各项异性，限制了钛合金的使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种添加Nb粉末改善钛合金增材制造拉伸性能的方法，Nb是提高钛及钛合金性能的有效元素之一，进行钛合金电弧增材制造的同时加入Nb粉末来改善钛合金中成分，研究其组织和性能，具有重要的实际意义。本发明提出加入Nb元素改变钛合金的显微组织，从而在常温(20—25摄氏度)条件下，改善沉积零件的拉伸性能。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种添加Nb粉末改善钛合金增材制造拉伸性能的方法，在完成一层(或者一道)钛合金增材制造后，在该层上均匀涂上分散Nb粉的乙醇，再进行下一层(道)的增材制造，直到完成构件增材制造。

在上述技术方案中，在电弧作用下，乙醇(即纯乙醇或者乙醇和水以任意比例互溶的酒精)挥发，Nb粉随电弧熔化进入熔池中，以实现复合，即在增材制造中每堆焊一道焊缝均匀涂上Nb粉和酒精(乙醇)的混合液，Nb粉被下一道焊缝的焊接电弧熔化，并进入熔池中。

在上述技术方案中，母材为钛合金TC4，焊丝选用TC4。

在上述技术方案中，所用到的混合涂层为Nb粉和乙醇的混合溶液，混合溶液中Nb粉和乙醇(或者酒精)的质量比为1：(3—6)，优选1：(4—5)，其中Nb粉粒度为5-10μm，每层焊缝涂抹浓度为0.03—0.06gNb粉/cm²，优选0.04—0.05gNb粉/cm²，为能够电弧作用下熔化为适当。

在上述技术方案中，增材制造参数如下：焊接电流范围为20—110A，电弧电压范围为0—40V，送丝速度为7—8m/min，焊枪总体行走速度为0.3—0.5m/min，气体流量为10—20L/min；优选焊接电流范围为50—80A，电弧电压范围为10—30V，送丝速度为7—8m/min，焊枪总体行走速度为0.3—0.5m/min，气体流量为10—15L/min。

在本发明的技术方案中，在钛合金增材制造过程中，加入Nb粉和酒精的混合液。在电弧作用下，酒精挥发，Nb粉随电弧熔化进入熔池中。Nb粉可作为钛合金中的异质形核质点，并有效改善组织。同时Nb与Ti具有相似的价电子结构和尺寸，能够与Ti无限固溶。通过在钛合金的CMT增材制造中加入Nb元素来获得具有优秀拉伸性能的增材制造沉积零件，改善钛合金CMT沉积零件的显微组织从而提高力学性能。

附图说明

图1为本发明使用的Nb粉末的扫描电镜照片。

图2为本发明添加Nb粉末增材制造过程示意图。

图3为本发明拉伸试样的结构示意图，其中单位为mm。

图4为利用本发明技术方案的添加Nb粉末的钛合金增材制造零件实物照片。