[发明专利]一种基于激光原位冶金的高温钛合金材料高通量制备方法

权利要求书

1.一种基于激光原位冶金的高温钛合金材料高通量制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）以钛合金为基础成分，掺加稀土和/或高熔点元素，一次性设计多种成分配比不同的高温钛合金；

2）在同轴送丝激光加工头输出镜周围对称配备多个侧向送粉头和多个与所述侧向送粉头一一对应的独立的粉末流量监测模块；装填钛丝至送丝机驱动装置，并在多个侧向送粉头的每个侧向送粉头中分别装填一种合金元素粉末以使每个所述侧向送粉头对应输送一种合金元素；准备进行送丝、送粉，粉末流的汇聚效应实现同轴输送钛元素的丝材和其他各合金元素的粉末至基板；

其中，基板上阵列地设置有多个铸锭成形部，每个铸锭成形部从上至下依次设有坩埚、闸门和铸模，通过所述闸门的开闭用于将所述坩埚和铸模导通或者隔离；

其中，根据步骤1）中所设计的成分配比配置送丝速度和送粉速度，具体是，钛合金的组成为Ti-c₁A₁-c₂A₂-c₃A₃…-c_nA_n，其中A₁至A_n分别是钛合金中的合金元素，c₁至c_n分别是各合金元素对应的质量百分含量，a_Ti为钛丝送丝速度，单位为mm/min，b₁至b_n分别 是各合金元素对应的送粉速度，单位为g/min，则，

a_Ti：b_l：b₂：b₃：…：b_n=（100-c₁-c₂-c₃…-c_n）：c_lλ：c₂λ：c₃λ：…：c_nλ，

其中，λ=π/4×d_Ti²×ρ，d_Ti为钛丝直径，ρ为钛合金的密度；

3）送丝、送粉至第一个铸锭成形部的所述坩埚内0.2-0.5秒后启动激光器，根据至少一组预设工艺参数使高能环形激光束在所述坩埚内原位熔融丝和粉；送丝、送粉完毕后，激光保持工作0.5-1.5秒，并且在激光停止工作前0.15-0.3秒，打开所述闸门以使得熔体从所述坩埚进入所述铸模内形成铸锭；随后送丝、送粉至下一个铸锭成形部并完成上述步骤，从而高通量成形以得到形状一致的所述多种成分配比不同的高温钛合金的铸锭；所述铸模与真空泵相连以在熔体进入前把铸模压强降低到1kPa以下；

其中，送料时间t与所述铸模体积V满足下式关系，

；

4）将所述高温钛合金的铸锭进行高温压缩测试，测定抗压强度，据此优化设计高温钛合金成分。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铸模为两个半圆柱壳体拼接而成，并且两个半圆柱壳体可通过两侧的液压机构打开或合拢，以方便铸锭的取出。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温压缩测试中，变形温度为300-700 ℃，变形速率为0.1-0.25s^-1，变形量为30-70%，铸锭以3-5℃/s 的加热速度加热到预设温度，保温3-5min 后，以恒定应变速率压缩，压缩后空冷至室温，测定铸锭的真应力-真应变曲线，测定抗压强度。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛合金为Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系近α钛合金中添加Ta和RE元素。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钛合金质量百分比为Ti-6Al-2Sn-4Zr-0.3Mo-0.3Si-1W-xRE-yTa，其中x=0.1-1.0，y=0.15-0.35。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预设工艺参数为三组预设工艺参数，预设工艺参数具体包括激光功率、激光扫描速度、光斑直径和送丝速度。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预设工艺参数为，激光功率6000-7000W、激光扫描速度600-800mm/min、光斑直径6-10mm和送丝速度650-850mm/min。