[发明专利]一种钛合金/不锈钢异种金属构件的激光增材制造方法

说明书

本发明提供一种钛合金/不锈钢异种金属构件的激光增材制造方法，包括以下步骤：将待加工的异种金属构件进行三维建模，对模型进行切片分层处理，并将切片数据导入；先在普通合金钢作表面均匀逐层铺设不锈钢粉末，激光增材制造，形成不锈钢单金属构件；再均匀铺设一层0.1～1mm厚的钛合金粉末，在惰性气体进行保护下，以1000～1800W的功率、200～600mm/s的扫描速度进行快速选区激光熔化加工，得到钛合金/不锈钢结合层；再逐层铺设钛合金粉末，在惰性气体保护下进行钛合金激光增材制造，得到复合材料。本发明通过钛合金/不锈钢结合层加工工艺优化，实现了钛合金/不锈钢复杂异种金属构件高质量的直接成型。

技术领域

本发明涉及激光增材制造技术领域，尤其涉及一种钛合金/不锈钢异种金属的激光增材的制造方法。

背景技术

不锈钢和钛合金均为综合性能优异的金属结构材料，广泛应用于航空航天、医疗器械、压力容器等领域。其中，不锈钢具有耐腐蚀性能、抗蠕变性能优异，易加工等优点；而钛合金的密度小、耐高温性能好，但其成本更高。

为了同时发挥不锈钢和钛合金性能与成本优势，钛合金/不锈钢异种金属构件使用钛合金、不锈钢两种金属材料进行复杂零件的多功能、轻量化制造。由于两种金属材料物理与化学属性的较大差异，钛合金/不锈钢异种金属构件制造过程中界面的结合质量直接决定成形零部件的使用性能。目前，针对钛合金与不锈钢两种材料的连接方法包括等离子焊、钎焊、爆炸、轧制等。其中，传统焊接方法得到的钛合金、不锈钢接头部位常因出现大量金属间化合物，导致连接质量差等问题；采用爆炸或轧制复合两种金属，再进一步成形零部件时；其生产工序复杂，两种金属间通常需要有镍、钒等高成本金属作为过渡层。

选择性激光熔化(Selective Laser Melting，简称SLM)的增材制造技术是采用高能激光束作为热源，结合CAD/CAE技术，逐层烧结粉末床上的金属粉末，直接成型复杂金属构件的新兴制造技术，具有适用材料范围广、利用率高、易成形复杂件简单等优点。目前，SLM技术虽然已经成熟应用于单一材料如钛合金、不锈钢的增材制造，但是在钛合金与不锈钢异种金属构件的增材制造方面还没有相关应用。本发明通过分别设计钛合金、不锈钢及其结合界面的SLM增材制造工艺，不仅可以实现两种金属无宏/微观缺陷且高质量的冶金连接，而且可以直接制造钛合金/不锈钢异种金属构件，大幅缩短工序流程。

发明内容

本发明目的在于提供一种钛合金/不锈钢异种金属构件激光增材制造工艺，可实现钛合金、不锈钢异种金属构件的快速增材制造，两种金属材料间高精度冶金结合且无宏/微观缺陷。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：

一种钛合金/不锈钢异种金属构件的激光增材制造方法，其包括以下步骤：

(1)将待加工的钛合金/不锈钢异种金属构件进行计算机三维建模，对模型进行切片分层处理，并将切片数据导入工控机，形成加工轨迹；

(2)选取普通合金钢作为基板，在金属基板表面均匀逐层铺设不锈钢粉末，在惰性气体保护下进行激光增材制造，形成不锈钢单金属构件；

(3)在不锈钢单金属构件的表面均匀铺设一层0.1～1mm厚的钛合金粉末，在惰性气体进行保护下，在1000～1800W功率下、以200～600mm/s的扫描速度进行快速选区激光熔化加工，得到钛合金/不锈钢结合层；

(4)在钛合金/不锈钢结合层的钛合金层一侧的表面逐层铺设至少钛合金粉末，在惰性气体保护下进行钛合金激光增材制造，得到复合材料；

(5)用线切割切除金属基板，对成形零部件进行后处理，得到钛合金/不锈钢异种金属构件。

进一步方案，所述钛合金粉末、不锈钢粉末的粒径为5～100μm。

不锈钢包括316不锈钢、304不锈钢等各种牌号不锈钢，钛合金包括TC4、TC6等牌号。