[发明专利]一种氮元素原位强化的梯度钛合金等离子弧增材制造方法

说明书

本发明公开一种氮元素原位强化的梯度钛合金等离子弧增材制造方法。在增材制造过程中，送丝机构送入的钛合金焊丝和周围钛合金材料在等离子弧热量作用下呈熔融态，氮气氩气混合配比的离子气中反应气体氮气电离，离子态的氮与熔融态的钛合金原位反应，在待加工钛合金材料上原位生成具有氮化钛增强相的增材试件。调节气体配比器实现不同的氮气氩气配比的离子气，从而得到不同的梯度强化效果。本发明在钛合金增材制造的过程中，同时实现对钛合金材料的强化，无需再额外进行材料的二次强化，减少工艺流程，同时可以通过调节不同的离子气配比实现钛合金材料的可控梯度强化，扩大了高强度钛合金材料的使用范围。

技术领域

本发明涉及钛合金增材制造领域，特别是涉及一种氮元素原位强化的梯度钛合金等离子弧增材制造方法。

背景技术

钛及钛合金由于其众多的优点和优异的性能，被广泛应用于航空航天等领域。因为增材制造具有的切片分层的技术特点，所以被广泛应用于钛合金复杂零件的制造中。等离子弧增材制造因其能量密度大、电弧方向性强、熔透能力强的突出优点成为增材制造的一种重要方法。但当前钛合金的等离子弧增材制造方法不能满足在制造的过程中同时实现对材料的强化，这就使得制备的材料应用于工业中需要额外进行二次加工强化，增加了工艺流程和生产成本；同时，二次强化往往只能对材料的表面进行强化，无法实现对材料内部的强化，极大限制了高强度钛合金材料在众多领域的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮元素原位强化的梯度钛合金等离子弧增材制造方法，在钛合金增材制造的过程中，同时实现对钛合金材料的整体强化，并且通过控制气体配比实现可控的强化效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案。

一种氮元素原位强化的梯度钛合金等离子弧增材制造方法，所述方法包括：将表面处理干净的待加工的钛合金基板固定在可控工台上。

控制焊丝与所述待加工的钛合金基板的角度为30°，并使所述焊丝位于等离子焊枪的正下方。

打开氮气瓶和氩气瓶，提供混合配比的离子气输入和保护气体氩气输入。

通过控制中心控制送丝机构，并调节送丝速度，在等离子弧热源运动的同时实现焊丝的同步送入。

在控制中心启动等离子焊机，调节电流，等离子焊枪产生等离子弧；所述离子气中氮气电离，形成离子态的氮，其与反应过程中送入的焊丝和周围处于熔融态的钛合金反应，在所述待加工的钛合金基板上原位生成具有氮化钛增强相的增材成形件。

可选的，在所述打开氮气瓶和氩气瓶，提供氮气氩气混合离子气和保护气体氩气之后还包括：调节所述离子气中氮气的流量和氩气的流量，从而实现不同的钛合金强化效果。

可选的，所述焊丝为钛合金焊丝。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明氮元素原位强化的钛合金等离子弧增材制造的过程中，离子气中氮气电离，离子态的氮与熔融状态的钛合金原位反应，在待加工的钛合金基板生成具有氮化钛增强相的钛合金增材成形件，使钛合金增材制造与对钛合金材料的强化过程同时进行，操作过程简单，同时在制造过程中通过调节不同的离子气配比，获得材料组织中氮化钛增强相与其余相的不同比例，实现梯度功能钛合金零件的成形，提高了钛合金材料的使用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例提供的氮元素原位强化的梯度钛合金等离子弧增材制造方法的结构示意图。

图2为本发明的实施例提供的氮元素原位强化的梯度钛合金等离子弧增材制造方法的流程图。