[发明专利]电子束多丝原位增材制造成分均匀性控制方法

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，提供了一种电子束多丝原位增材制造成分均匀性控制方法，包括以下步骤：对电子枪中X轴偏转线圈及Y轴偏转线圈施加偏转电压信号，以将整个电子束进行偏转形成交替工作的电子束主束和电子束分束；通过控制偏转电压信号以调节电子束分束参数，使T_R≥T_K；其中，电子束分束参数包括分束数量N、各分束偏转距离D及各分束能量W，T_R为增材制造过程中位于所制备合金熔点以上的时间，T_K为所制备合金用各丝材的金属液滴自相互开始接触至完全扩散均匀所需的扩散时间。本发明有效保证了各丝材金属液滴之间的充分扩散，消除了成分宏观不均匀现象，提高了所制备零件的成形质量和力学性能。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种电子束多丝原位增材制造成分均匀性控制方法。

背景技术

增材制造技术作为一种先进的加工方式，具有生产周期短、材料利用率高以及设计灵活性高的优点，在过去数十年中该技术得到了快速的发展。根据热源的不同，增材制造技术分为激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术。电子束增材制造技术是一种以高能电子束为热源，以丝材为耗材的增材制造方式，其原理是将电子在加速电场的作用下轰击金属表面，使电子的巨大动能转换为热能，以达到熔化丝材的目的。与其它增材制造技术相比，电子束增材制造技术成形零件具有力学性能好、沉积效率高以及能量利用率高的优点，其在航空航天领域有着巨大的应用前景。

近些年，随着电子束单熔丝成形预合金技术的日趋成熟，基于电子束双熔丝乃至多熔丝的原位增材制造技术在梯度材料以及多元合金的原位制备中展现出了巨大的优势。其基本原理是在增材制造过程中将欲制备的多元合金或梯度材料的各元素分别以纯丝材或合金的方式送入熔池，通过协调各丝材的送丝速度比来达到材料原位制备的目的。由于该技术可达到材料的原位制备以及零件结构制造的一体化，因此，能够在很大程度上简短加工周期以及降低加工费用，故特别适合传统难加工脆性材料，即难成丝的增材制造。

但是，增材制造技术中较快的冷却速度使得各丝材金属液滴在自然扩散的条件下较难在较短时间内充分发生冶金反应生成欲制备合金，即还没充分反应完全却已冷却成形。因此，增材制造原位制备的合金中往往存在成分的宏观不均匀现象，这种成分的宏观不均匀现象极易在合金内部引发应力集中，从而导致较差的力学性能，并进一步降低所制备零件的服役时长。

发明内容

本发明提供一种电子束多丝原位增材制造成分均匀性控制方法，用以解决现有技术中所制备合金中存在的成分宏观不均匀现象，以提高原位增材制造零件的成形质量和力学性能。

本发明提供一种电子束多丝原位增材制造成分均匀性控制方法，包括以下步骤：

S1、对电子枪中X轴偏转线圈及Y轴偏转线圈施加偏转电压信号，以将整个电子束进行偏转形成交替工作的电子束主束和电子束分束；

S2、通过控制所述偏转电压信号以调节电子束分束参数，使T_R≥T_K；其中，所述电子束分束参数包括分束数量N、各分束偏转距离D(D₁，D₂…D_N)及各分束能量W(W₁，W₂…W_N)，T_R为增材制造过程中位于所制备合金熔点以上的时间，T_K为所制备合金用各丝材的金属液滴自相互开始接触至完全扩散均匀所需的扩散时间。

根据本发明提供的一种电子束多丝原位增材制造成分均匀性控制方法，通过控制所述偏转电压信号以调节电子束分束参数的步骤，具体包括：

所述偏转电压信号中的单周期内偏转电压值的数量对应所述分束数量N，所述偏转电压值的大小对应相应电子束分束的分束偏转距离D，所述偏转电压值的占空比对应相应电子束分束的分束能量W。