[发明专利]一种基于激光选区熔化技术的Ti/Al异种合金的成形方法

说明书

本发明公开了一种基于激光选区熔化技术的Ti/Al异种合金的成形方法。对铝合金和钛合金粉末进行烘干及预筛处理；再进行程序文件和SLM设备的准备；然后通过激光选区熔化技术首先成形底部钛合金部分，成形结束后SLM设备供粉舱的钛合金粉末更换为铝合金粉末后继续通过激光选区熔化技术在钛合金基体上成形上部铝合金部分；最终使用线切割设备将零件从基板上切下即可；激光选区熔化技术可以直接成形复杂零件，缩短生产周期，提高成形效率，对于航空航天领域具有很大的生产应用价值；另外，采用激光选区熔化技术，冷却速率可达10⁶数量级，熔池急速凝固，极大的提高了铝在钛合金中的固溶度，克服了成分偏析现象并达到细晶强化的效果。

技术领域

本发明属于激光选区熔化技术快速成形方法技术领域，具体涉及一种基于激光选区熔化技术的Ti/Al异种合金的成形方法。

背景技术

铝合金和钛合金都具有密度轻、比强度高(钛合金的强度接近中强钢)、耐蚀性能及高温性能好等优点，在航空航天应用中，钛铝异种合金构件能大大减轻整体重量,可以显著提高经济效益。但是，铝、钛都是活性非常强的金属、在空气中非常容易被氧化生成TiO₂和Al₂O₃等氧化物。且铝、钛两种金属之间的物理、机械性能存在较大的差异，两者结晶化学性能中的晶格类型和晶格参数等差异较大，并且由于两种合金的导热系数和热膨胀系数差异较大，在常规焊接过程中易形成裂纹造成工件失效；并且钛、铝的相互溶解度很小，在655℃钛在铝中的溶解度为0.26％～0.28％，基于以上原因，两种金属很难结合在一起，因此采用常规熔焊的方法对钛/铝连接十分的困难，焊接接头性能较差，并且容易产生气孔等多种缺陷。

Al-Mg-Sc-Zr合金具有较高的耐腐蚀性，优良的可焊性及良好的塑性加工性能等优点，被广泛应用于船舶和航空航天领域。文献指出，Sc是铝合金中最有效的微合金化元素，其与Al基体形成的LI2结构的Al3Sc粒子具有高熔点1320℃、且与基体共格(晶格参数错配24℃时为1.34％)，在300℃温度下具有显著的强化效应。添加Sc时,同时添加微量元素Zr，可以形成Al3(Sc,Zr)粒子，其中Zr原子代替Sc原子的一部分，该粒子由富Sc核和富Zr外壳组成，具有高的热稳定性，与Al的晶格错配度更小，可强烈钉扎位错，亚晶界和晶界，提高抗再结晶能力，增加合金的亚结构强化作用。目前，SLM由于其高精度和优异的性能而被广泛用于金属部件的生产。在SLM过程中，实现了快速凝固速度(高达10⁵-10⁶K/s)。因此可以制备具有独特的细晶结构，从而提高合金强度。

TC4钛合金具有比强度高，耐腐蚀性好，热稳定性好等优点，被广泛应用于航空航天等工业中。TC4钛合金是典型的(α+β)型钛合金，含有6％的α相稳定元素Al及4％的β相稳定元素V。组织稳定；性能变化范围大；适应性好，可满足不同的设计与使用要求；最小抗拉强度达到900MP，直至400℃还有较高的强度。总而言之，其综合性能良好，即耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、耐蚀性和生物相容性方面均达到较好的水平。

此外，在选区激光熔化过程中，快速凝固速度(高达10⁵-10⁶K/s)可以制备超高度过饱和固溶体，远远超出大多数元素的正常溶解度极限，解决了铝在钛中溶解度过低的问题，并且提高固溶度间接提高异种合金连接强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光选区熔化技术的Ti/Al异种合金的成形方法，解决了现有钛/铝合金异种合金由于溶解度低、热膨胀系数及导热系数差异大造成的两种合金难以连接的问题，制备出一种高强度的Ti/Al异种合金。

本发明所采用的技术方案是，一种基于激光选区熔化技术的Ti/Al异种合金的成形方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，对钛合金和铝合金粉末进行烘干及预筛处理；