本发明专利技术涉及一种TiC-Ti金属复合材料结构件的激光成形方法，其所选用的原料粉体配方为：石墨2.36~4.55wt.%，稀土氧化物0.11~0.22wt.%，Ti为余量。激光成形的粉体定量配送与混合采用多料斗螺旋送粉混合系统完成，激光成形的喷嘴采用同轴不连续喷粉头，利用系统对送粉和激光的控制，实现复合部件的内外部分层结构的成形，复合材料的力学性能可达到基体金属材料的70%以上。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】一种TiC-T i复合材料构件的激光成形方法
本专利技术属于激光成形领域，涉及一种Tic-Ti构件的激光成形方法。
技术介绍
Ti基复合材料具有低密度、高比强度和比模量、优异的疲劳和蠕变性能，能应用于航空航天、先进武器系统及汽车制造领域。Tic具有极高的熔点、优良的高温强度、热稳定性，密度低、弹性模量较高、硬度高和耐磨性好。Tic因其自身优异特性且能与钛合金基体良好匹配已成为钛基复合材料的首选增强相。原位自生颗粒增强钛基复合材料比钛合金具有更加优异的综合性能。MMC的制备技术依据增强颗粒的加入方式的不同，可分为原位自生和强制加入两种。原位自生技术借助合金设计，在基体金属内原位反应成核，生成一种或几种热力学稳定的增强相，这种方法避免了外加增强体的分解、节约能源、资源并能够减少排放，材料的增强体表面无污染，制品性能优良。但其工艺过程要求严格、较难掌握、且增强相的成分和体积分数不易控制。激光成形工艺利用小体积累积成形的方法，可以在宏观控制增强相的均匀分布，为送粉激光原位成形颗粒增强MMC提供可能。金属粉与石墨粉的堆积密度相差较大，在激光成形过程中，容易因为粉体密度相差较大而造成分层，在成形部件中造成增强相的分布不均，而且会改变增强相的设计成分，大幅降低TiC-Ti复合材料部件的性能。因此本专利技术采用在线连续送粉激光原位复合成形的方法，制备TiC-Ti复合材料部件，成形部件的增强相分布连续可控。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种增强相分布可控的TiC-Ti复合材料结构件的激光成形方法。本专利技术针对现有技术的不足，从原位合成路线和激光成形工艺着手，使增强相在复合材料中分布均匀可控，实现性能优良的Tic-Ti复合材料部件的激光成形。 本专利技术方法主要包括以下步骤: (1)原料配方与预处理 原料配方为:石墨2.36-4.55wt.%，稀土氧化物0.11-0.22wt.%，Ti为余量；原料采用粉体形式，粉末颗粒尺寸40~200微米；将金属Ti粉、稀土氧化物粉末一起球磨0.5-6小时； (2)送粉与混料 采用多料斗螺旋送粉混合系统送粉和及时混合，所述多料斗螺旋送粉混合系统由两个送粉器分别通过送粉管与一个共同的激光头连接组成，将Ti粉、稀土氧化物粉末放入第1个料斗中，石墨粉置于第2个料斗中；两个送粉器同时送粉，并通过调节螺杆转速控制粉料的比例； (3)激光成形 激光成形的激光头采用2管同轴不连续喷嘴，实现对激光熔池的环抱粉体喷射，使激光熔池各成分均匀分布；将设计部件的数字图形利用分层软件进行切片，并建立分层激光扫描路径及其层间连接配合，设置每层厚度为0.04-0.6_，然后在四轴数字加工机床上分层进行激光成形；控制送粉成分和激光扫描路线，使得局部生成的增强相TiC比例成梯度连续变化，即构件外层为耐磨的TiC-Ti复合材料，内部为金属基体材料，并最终使用的原料符合步骤(1)的要求。本专利技术方法步骤(3 )中，采用光纤/0)2激光器，输出功率50~3000W，光斑直径0.2~4mm,搭接率10~80%，激光头Ar气流量0.5~13L/min,送粉器Ar气流量0.l~12L/min，激光头扫描速度3~125mm/s。激光加工的环境为氩气保护气氛，压强为1个大气压。本专利技术所用的多料斗螺旋送粉混合系统主要由两个送粉器分别通过送粉管与一个共同的激光头连接组成。粉体即时送至激光头进行激光成形，如图1所示。所述送粉器由料斗、螺杆和流化器组成，所述螺杆由直流步进电机推动。TiC-Ti复合材料的性能取决于TiC的含量、尺寸和均匀分布。本专利技术以双料斗螺旋送粉混料系统即时送粉，并利用同轴不连续激光头成形出Tic-Ti复合材料部件，实现了增强相的分布可控、均匀，消除复合材料中Tic不均匀分布的情况，实现TiC含量可调的Tic-Ti复合材料结构件的激光成形。本专利技术方法将部件表层和内层进行分别成形，控制送粉成分和激光扫描路线，实现内外分层结构的金属基复合材料部件的激光制造，使部件内部具有金属材料的韧性，表层具有耐磨、抗高温氧化的功能，且部件整体断裂韧度为同类金属部件的60%以上。【附图说明】图1多料斗螺旋送粉混合系统结构示意图。【具体实施方式】实施例一 一种TiC-Ti复合材料汽车发动机进气阀激光成形方法，包括以下过程: 1、原料配方与预处理 原料配方为:石墨3.51wt.%，混合稀土 0.15wt.%，Ti余量；原料采用粉体形式，粉末颗粒尺寸50微米；将金属Ti粉、混合稀土粉末一起球磨2小时。2、送粉与混料 送粉工艺采用多料斗螺旋送粉混合系统完成，将Ti粉、混合稀土粉末放入第1个料斗中，石墨粉置于第2个料斗中；2个螺杆送粉器同时送粉，并通过螺杆转速调整生成的TiC在构件局部的含量； 3、激光成形 激光成形的激光头采用2管同轴不连续喷嘴，实现对激光熔池的环抱粉体喷射，使激光熔池各成分均匀分布。将设计部件的数字图形数据利用分层软件进行切片，并建立分层最佳激光扫描路径及其层间连接配合，设置每层厚度为0.06_，然后在四轴数字加工机床上分层进行激光成形；控制送粉成分和激光扫描路线，进行复合部件内外分层结构的激光成形，即结构件外层为耐磨的Tic-Ti复合材料，内部为金属基体材料；激光加工使用光纤激光器的输出功率210W，光斑直径0.08mm，搭接率45%，激光头Ar气流量0.4L/min，送粉器Ar气流量1.5L/min，激光头扫描速度8mm/s。激光加工的环境为氩气保护气氛，压强为1个大气压。当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种TiC‑Ti复合材料构件的激光成形方法，其特征在于包括如下步骤： （1）原料配方与预处理原料配方为：石墨 2.36~4.55wt.%，稀土氧化物0.11~0.22wt.%，Ti为余量；原料采用粉体形式，粉末颗粒尺寸40~200微米；将金属Ti粉、稀土氧化物粉末一起球磨0.5~6小时； （2）送粉与混料采用多料斗螺旋送粉混合系统送粉和及时混合，所述多料斗螺旋送粉混合系统由两个送粉器分别通过送粉管与一个共同的激光头连接组成，将Ti粉、稀土氧化物粉末放入第1个料斗中，石墨粉置于第2个料斗中；两个送粉器同时送粉，并通过调节螺杆转速控制粉料的比例； （3）激光成形 激光成形的激光头采用2管同轴不连续喷嘴，实现对激光熔池的环抱粉体喷射，使激光熔池各成分均匀分布；将设计部件的数字图形利用分层软件进行切片，并建立分层激光扫描路径及其层间连接配合，设置每层厚度为0.04~0.6mm，然后在四轴数字加工机床上分层进行激光成形；控制送粉成分和激光扫描路线，使得局部生成的增强相TiC比例成梯度连续变化，即构件外层为耐磨的TiC‑Ti复合材料，内部为金属基体材料，并最终使用的原料符合步骤（1）的要求。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：娄德元，翟中生，朱思雄，黄敏，杨奇彪，P·贝内特，刘顿，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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