[发明专利]一种碳元素原位强化的梯度钛合金TIG电弧增材制造方法

说明书

本发明公开一种碳元素原位强化的梯度钛合金TIG电弧增材制造方法，TIG焊机在工作过程中产生电弧，钛合金焊丝和周围钛合金材料在TIG电弧热量作用下呈熔融态；将氩气与二氧化碳用配比器混合配比后输出，混合气体中二氧化碳在电弧作用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碳化钛增强相，分布于成形钛合金材料中。调节气体配比器实现不同的二氧化碳氩气配比，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，无需二次强化，减少工艺流程，同时可以通过调节不同的气体配比实现钛合金材料的可控梯度强化，扩大了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，特别是涉及一种碳元素原位强化的梯度钛合金TIG电弧增材制造方法。

背景技术

随着航空航天等工业领域的发展，钛及钛合金的应用范围不断扩大，这就对钛合金材料的制造提出了更高的要求。单一的钛合金由于其较低的疲劳强度、硬度低、耐磨性差等缺点不能被广泛使用于复杂的工业环境中。增材制造的“自下而上”、“材料累加”的特点使其近几年被广泛关注和应用。TIG电弧增材制造作为其中的重要组成部分，可以一次性成形致密度好、性能优异的多功能复杂零件。但是传统的TIG电弧增材制造方法也有着其自身的局限性，生产的钛合金材料的强度不能满足工业上日益复杂的材料要求与极端环境下的服役性能要求。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碳元素原位强化的梯度钛合金TIG电弧增材制造方法，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。

一种碳元素原位强化的梯度钛合金TIG电弧增材制造方法，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TIG焊枪的正下方。

打开二氧化碳气瓶和氩气瓶，提供反应气体二氧化碳和保护气体氩气。

通过控制中心打开送丝机构，并调节送丝速度，在TIG电弧热源运动的同时实现焊丝的同步送入。

在控制中心启动TIG焊机，TIG焊枪产生TIG电弧；所述二氧化碳在所述TIG电弧作用下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碳化钛增强相，分布于成形的钛合金材料中。

可选的，在所述打开二氧化碳气瓶和氩气瓶，提供反应气体二氧化碳和保护气体氩气之后还包括：调节所述二氧化碳的流量和所述氩气的流量，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：本发明二氧化碳元素原位强化的钛合金TIG电弧增材制造的过程中，通入二氧化碳，使二氧化碳在TIG电弧的作用下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碳化钛增强相，分布于成形的钛合金材料中，此组织可有效强化钛合金材料。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气体配比可以制得钛合金梯度材料，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。