[发明专利]钛合金连续梯度耐高温涂层及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201910408367.X 申请日: 2019-05-16
公开(公告)号: CN110076340B 公开(公告)日: 2021-01-08
发明(设计)人: 孙中刚;季霄;陈小龙;张文书;常辉 申请(专利权)人: 南京尚吉增材制造研究院有限公司
主分类号: B22F3/105 分类号: B22F3/105;B22F7/02;B33Y80/00;B33Y10/00
代理公司: 南京行高知识产权代理有限公司 32404 代理人: 王培松
地址: 210038 江苏省南京市经济技*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 钛合金 连续 梯度 耐高温 涂层 及其 制备 方法
【说明书】:

发明提出了一种钛合金连续梯度耐高温涂层及其制备方法,属于增材制造领域,本发明结合钛合金与镍基高温合金的物理特性,采用激光同轴送粉增材制造工艺,将TC4钛合金粉末熔化沉积作为基体材料,选用TC4与IN625不同成分比例的混合粉末作为中间过渡层,最后将IN625合金粉末熔化沉积作为表层,获得了所述钛合金连续梯度耐高温涂层。本发明不仅保留了钛合金的良好的物理特性,又与IN625镍基高温合金实现了良好的梯度结合,并避免了在制造过程中脆性相的产生而导致破裂,以及微裂纹的产生。

技术领域

本发明涉及增材制造领域,具体涉及一种钛合金连续梯度耐高温涂层及其制备方法,特别适用于激光同轴送粉增材制造制备连续梯度耐高温材料。

背景技术

钛及其合金是20世纪50年代兴起并开始用于航空航天领域的重要金属材料,具有较高的比强度和热强度,且重量轻、抗蚀性能好,能充分发挥设计制造一体化的技术优势。TC4为α+β型两相钛合金,具有良好的综合性能,是使用最广泛的一种钛合金。随着新型航空航天飞行器对其零部件服役性能的要求日益提高,钛合金材料复杂结构件的制备技术成为制造技术研究的热点之一。IN625镍基高温合金是一种,主要通过Mo和Nb两种元素进行固溶强化的镍基高温合金,该合金主要元素为镍、铬等元素。其组成元素中,Ni元素和Cr元素具有较强的抗氧化能力和耐蚀性,Mo元素具有较强的抗点蚀和隙缝腐蚀能力,Nb元素具有使各元素稳定作用,Ti元素可以和C元素形成TiC陶瓷相碳化物。

近几十年,材料和制造技术的发展进一步扩大了超级合金的应用范围,其中包括飞机喷气发动机中的涡轮叶片以及发电机中的燃气轮机叶片。在这些应用中的一些部件,仅部件的某些区域将遇到极高温环境,并且对于这种情况,部件不需要由单组分合金制造,而是使用成分梯度变化的功能梯度材料(FGM)更为合适。这样做可以降低材料的成本和部件的最终重量。功能梯度材料(FGM)是两种或多种材料复合且成分和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料,是应现代航天航空工业等高技术领域的需要,为满足在极限环境下能反复地正常工作而发展起来的一种新型功能材料。因为通过在空间上改变化学或微观结构,组件的局部性质也变化,导致具有异质性(机械,热,光学,磁性等)的组件,这些通常不能使用传统冶金获得。已经用于制造具有化学变化的FGM的技术包括气相沉积(主要用于功能梯度涂层),超声波焊接,熔焊,层/盘再熔,粉末冶金,和离心方法等。这些方法适用于生成长度小于1mm的梯度。而增材制造(AM)是金属功能梯度材料中的关键技术,其具有在较大长度尺度(大约几十毫米)上的化学变化,在激光同轴送粉增材制造技术中,使用激光在下面的基底中产生该熔池,并且多个送粉管道将粉末通过喷嘴输送到熔池中。因此,激光同轴送粉增材制造可以通过改变多路粉末管道到熔池中的相对比例来制造功能梯度材料(FGM)。

在现有研究中,已经研究了各种具有不同组成成分合金的FGM,包括TiC/Ti,TiB2/TiB,Ti/TiAl和Fe/FeAl。在一项研究中,LMD被用于制造从AISI型304L不锈钢到IN625的FGM,并研究了化学成分,微观结构,显微硬度以及初级和次级相及其组成。虽然该组件是在没有宏观裂缝的情况下成功制造的,但作者通过实验和计算分析确定了在梯度区域形成的第二相,即过渡金属碳化物,导致微裂纹。Lin等人研究了由LRF制造的分级SS316/Rene88DT,Ti/Rene88DT和Ti6Al4V/Rene88DT合金,并分析了成分变化对相变和微观结构演变的影响。在另一项研究中,由LMD制造的Ti-6Al-4V至304L不锈钢FGM,在制造过程中破裂,发现当不锈钢被引入成形时会形成脆性FeTi和Fe-V-Crε相,从而导致开裂。

因此在制备梯度功能材料的制造过程中,可能会产生脆性相而导致破裂,或者由于加热冷却引起的大内应力循环,以及产生的不需要的金属化合物导致微裂纹产生。

发明内容

本发明目的在于提供了一种钛合金连续梯度耐高温涂层及其制备方法。

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