[发明专利]制造钛合金与镍基高温合金功能梯度材料的制备方法

说明书

制造钛合金与镍基高温合金功能梯度材料的制备方法，所述方法步骤如下：首先将钛合金基板除去表面锈迹，后去除表面油污；通过激光增材制造方法在钛合金基板表面上沉积成形2～3mm厚的钛合金沉积层，然后再在钛合金沉积层表面沉积成形0.5～1mm厚的Ta形成Ta沉积层，再在Ta沉积层表面沉积0.5～1mm厚的Cu，形成Ta/Cu层，将Ta/Cu层作为连接过渡层；最后在Ta/Cu过渡层上激光沉积镍基高温合金，获得钛合金与镍基高温合金的功能梯度材料。在激光增材连接过程中，Ta/Cu过渡层可有效防止钛合金与镍基高温合金产生金属间化合物，一定程度上避免了裂纹的产生，实现钛合金和镍基高温合金功能梯度材料的有效制备。

技术领域：

本发明属于激光增材制造领域，主要涉及激光同轴送粉增材制造钛合金与镍基高温合金梯度材料的工艺方法，用于制造钛合金与镍基高温合金的功能梯度材料，选用密度低、比强度更高的钛合金与高温性能突出的镍基高温合金相结合，使所制造的结构件具有轻质高强的特点，用于飞行器可提高其推重比。

背景技术：

轻质高强一直是飞行器结构设计者所追求的目标，随着航空航天工业的飞速发展，特别是航空航天器飞行距离的不断增加，使得不断提高发动机推重比成为了航空航天发动机设计和制造的重要目标。镍基高温合金，因其在900℃以上仍具有良好的耐高温腐蚀性能、高强度、抗高温蠕变能力及抗高温氧化性能，大量应用于航空发动机和燃气轮机的关键零部件，但其密度较高为8.24g/cm³，进而影响其作为飞行器部件的推重比。而钛合金密度仅为4.51g/cm³是镍基高温合金的54.7％，且其具有较高的比强度、比模量，广泛应用于航空、航天、海洋、医疗等领域，但钛合金的稳定服役温度仅为400℃左右，若温度上升则会严重影响钛合金的性能。因此，使轻质高强的钛合金与可以在高温下稳定服役的镍基高温合金形成冶金结合，制备成钛合金与镍基高温合金的功能梯度材料，可以在一定程度上同时提高材料的比强度与高温性能。若使钛合金与镍基高温合金的功能梯度材料应用于飞行器的发动机结构中，可以在保证发动机推力的同时，还可以在很大程度上减轻发动机重量。

钛合金主要含有Ti、Al、V等元素，镍基高温合金中主要含有Ni、Fe、Cr、Nb等元素，根据相关金属元素二元合金相图，可见若将钛合金与镍基高温合金直接接触连接，会在结合处界面形成较多金属间化合物，甚至难以达到冶金结合。因此，需要在钛合金与镍基高温合金之间引入不会与二者产生金属间化合物的过渡层。

发明内容：

发明目的：

本发明的目的是提出一种基于激光同轴送粉增材制造技术、制备钛合金与镍基高温合金功能梯度材料的方法，其目的是解决以往所存在的问题，实现制备钛合金与镍基高温合金功能梯度材料的零部件，利用钛合金的高比强度特性，与镍基高温合金高温稳定服役特性，可以使制备的构件在一定高温环境稳定服役时，在很大幅度上提高构件强度，同时降低构件重量。

技术方案：

一种制造钛合金与镍基高温合金功能梯度材料的制备方法，其特征在于：

所述方法步骤如下：

首先将钛合金基板除去表面锈迹，后去除表面油污；

通过激光增材制造方法在钛合金基板表面上沉积成形2～3mm厚的钛合金沉积层，然后再在钛合金沉积层表面沉积成形0.5～1mm厚的Ta形成Ta沉积层，再在Ta沉积层表面沉积0.5～1mm厚的Cu，形成Ta/Cu层，将Ta/Cu层作为连接过渡层；

最后在Ta/Cu过渡层上激光沉积镍基高温合金，获得钛合金与镍基高温合金的功能梯度材料。

获得钛合金与镍基高温合金功能梯度材料后,采用真空热处理炉进行整体构件去应力退火处理。

形成Ta沉积层的Ta粉末采用氩气雾化方式制备，粉末粒度为100-200目；在Ta沉积层表面沉积0.5～1mm厚的Cu采用Cu粉末，该Cu粉末采用氩气雾化方式制备，粉末粒度为100-200目。