[发明专利]电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料及方法

说明书

本发明公开的电弧+激光耦合调控的钛‑钢梯度结构材料，包括电弧焊接用过渡层焊丝和激光熔覆用合金粉末；改材料专门用于解决钛‑钢异种结构的制备过程中冶金不相容导致的开裂问题。本发明公开的电弧+激光耦合调控的钛‑钢梯度结构材料的制备方法及一种电弧+激光耦合调控的钛‑钢梯度结构的制备方法。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料，还涉及一种电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料的制备方法及一种电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构的制备方法。

背景技术

异种金属连接结构由于同时兼有几种金属优异的性能，是当今工业发展的方向。钛-钢异种结构既有钛优异耐腐蚀性能，又具有钢高强度、低成本的特点，备受工程实际青睐。目前，钛-钢异种结构制备方法主要有爆炸焊接，搅拌摩擦焊，扩散焊。爆炸焊主要制备大面积的层状复合结构，其灵活性较差；搅拌摩擦焊对接头的尺寸要求较高，且不适合复杂形貌的接头制备；扩散焊要求在真空中进行，真空腔的尺寸限制了钛-钢异种结构的尺寸。因此，探索灵活、高质量的钛-钢异种结构制备方法至关重要。

熔化焊通常指采用电弧为热源，将焊接材料和部分母材熔化形成接头的焊接方法。熔化焊操作灵活，设备简单，实用性强，是制备异种金属结构最合适的方法。但是采用熔化焊方式制备钛-钢复合结构时，由于钛和钢之间会生成脆性的金属间化合物，在工艺上进行严格控制外，还需要借助过渡层材料，实现两者的高质量冶金连接。

本发明为实现钛-钢复合结构的制备，采用电弧+激光耦合的方式进行，与此同时，开发过渡层焊接材料，实现两者的梯度复合。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料，专门用于解决钛-钢异种结构的制备过程中冶金不相容导致的开裂问题。

本发明的第二个目的是提供一种电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料的制备方法。

本发明的第三个目的是提供电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构的制备方法。

本发明所采用的第一个技术方案是，电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料，包括电弧焊接用过渡层焊丝和激光熔覆用合金粉末；

其中，电弧焊接用过渡层焊丝，包括药粉和焊皮，其中药粉按质量百分比包括如下成分：Co粉50.0～60.0％，Ag粉10.0～20.0％，B粉5.0～10.0％，Si粉5.0～10.0％，石墨烯0.01～0.05％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％；药粉的粒度均为100～200目；焊皮为紫铜带，厚度0.4mm，宽度7mm；

激光熔覆用合金粉末，按质量百分比包括如下成分：Cu粉60.0～70.0％，Co粉10.0～20.0％，Ag粉10.0～20.0％，V粉5.0～10.0％，以上组分质量百分比之和为100％；各原料组分合金粉末的纯度均≥99％。

本发明的特征还在于，

电弧焊接用过渡层焊丝的填充率控制在20～25wt.％。

本发明所采用的第二个技术方案是，电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料的制备方法，

(1)电弧焊接用过渡层焊丝的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比分别称取Co粉50.0～60.0％，Ag粉10.0～20.0％，B粉5.0～10.0％，Si粉5.0～10.0％，石墨烯0.01～0.05％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为250～300℃，保温时间为2～4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2～4h；