一种激光熔覆修复TC4合金零件损伤的方法技术

一种激光熔覆修复TC4合金零件损伤的方法，步骤如下：S1、按照0.1

【技术实现步骤摘要】
一种激光熔覆修复TC4合金零件损伤的方法


[0001]本专利技术涉及一种激光熔覆修复TC4合金零件损伤的方法，属于金属零部件修复


技术介绍

[0002]TC4钛合金由于其具有密度低、耐腐蚀性能好、比强度高、生物相容性好和表面可装饰性强等优点，而广泛应用于航空航天、海洋工程、生物医疗、建筑材料等众多领域。但是在工作环境相对较为恶劣的情况下，TC4钛合金制成的零部件仍经常发生损伤，由于铸造缺陷、蠕变、疲劳、烧蚀等原因而发生的各种损伤。
[0003]考虑到生产成本和生产周期等众多因素，对于存在损伤的TC4钛合金可以采用表面修复技术——激光熔覆技术在处理损伤工件，既降低了生产成本，还可以回收循环利用。激光熔覆技术的原理是利用高能激光束，将预置于基体表面或利用送粉装置送到基体表面的合金粉末与基体表面材料熔化，形成熔池，并快速凝固形成熔覆层，得到的熔覆层具有稀释率低、热影响区域小、与基体形成冶金结合等优点。
[0004]但现有技术中，通过TC4粉末对TC4钛合金进行激光修复，结果有时并不理想，现有技术采取了各种方式改善修复质量，比如申请号为2020100219315的专利申请《一种钛合金表面含稀土氧化物激光修复层及其制备方法》中，采用Y2O3粉末和TC4粉末混合后作为熔覆粉末，对TC4钛合金进行熔覆修复，但这种方法存在Y2O3粉末混合不均匀的现象，导致添加入的Y元素在熔覆层中分布不均匀，对于熔覆层的强化作用不能完全体现出来。此外在这个专利中，基板在激光熔覆时直接进行熔覆可能会因骤热开裂，影响熔覆修复层的性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的专利技术目的是提供一种激光熔覆修复TC4合金零件损伤的方法，可制备质量良好，组织致密，晶粒细化的熔覆层，获得良好的钛合金修复效果。
[0006]本专利技术实现其专利技术目的所采取的技术方案是：一种激光熔覆修复TC4合金零件损伤的方法，包括以下步骤：
[0007]S1、按照0.1
‑
1.0wt％Y，5.5
‑
6.8wt％Al，3.5
‑
4.5wt％V，余量为Ti的合金元素配比进行配料，采用真空熔炼制备合金块锭，并进行锻造轧制；
[0008]S2、将锻造轧制的合金块锭进行机械加工，加工成满足等离子旋转电极法尺寸要求的合金棒料；
[0009]S3、采用等离子旋转电极法制备修复熔覆粉末；
[0010]制备参数为：合金棒料的转速为25000
‑
35000r/min，合金棒料的进给速度为1.0
‑
2.0mm/s，等离子枪功率为80
‑
140kw，制粉过程中采用惰性气体作为保护气体，控制雾化室中惰性气体的温度在200℃
‑
300℃，制粉过程中实时监测雾化室中氧气含量，保证雾化室中氧气含量不大于100ppm；
[0011]S4、采用步骤S3制备的修复熔覆粉末，通过气相送粉法对TC4合金零件进行激光熔
覆修复；
[0012]所述激光熔覆的具体操作是：在熔覆前进行TC4合金零件的预热操作，预热温度为250℃
‑
350℃；熔覆过程中采用惰性气体作为保护气体，保护气体的送气速率为3
‑
8L/min；激光器的功率为1000
‑
1500w，激光器的孔径为3
‑
5mm；熔覆粉末的送粉速率为1.5
‑
2.5g/min，熔覆过程中激光喷嘴的进给速率为100
‑
200mm/min(TC4合金零件固定不动)；多道熔覆层的搭接率为30％
‑
50％。
[0013]进一步，本专利技术所述步骤S1中按照0.3
‑
0.5wt％Y；5.8
‑
6.2wt％Al；3.8％
‑
4.2wt％V，余量为Ti的合金元素配比进行配料，Y元素的添加形式为单质粉末，粉末的粒径不大于40μm。
[0014]进一步，本专利技术所述步骤S1真空熔炼包括真空电弧自耗熔炼或真空感应熔炼，真空熔炼次数不少于2次；所述锻造轧制的温度为800℃
‑
1100℃，保温时间为80
‑
140minm，锻造轧制过程中锻件的变形度为30％
‑
50％。
[0015]进一步，本专利技术所述步骤S2加工的合金棒料长度为150
‑
200mm，直径为30mm，表面粗糙度Ra不大于1.6μm。
[0016]进一步，本专利技术所述采用等离子旋转电极法制备修复熔覆粉末的具体方法是：
[0017]S31、将步骤S2制备的合金棒料装入旋转进给装置中，对雾化室进行抽真空至1
×
10
‑3‑1×
10
‑2Pa真空度，充入惰性气体至使得雾化室中的气压达到1.6
×
105‑
1.8
×
105Pa，监测雾化室中氧含量，保证雾化室中氧气含量不大于100ppm；
[0018]S32、启动冷却系统，控制雾化室中惰性气体的温度在200℃
‑
300℃；
[0019]S32、启动旋转进给装置和等离子枪电源进行雾化制粉，合金棒料与等离子枪间产生高温等离子弧，在离心力和表面张力的共同作用下棒料熔化并形成微小液滴，并凝固成金属粉末，等待粉末完全冷却后，将粉末收集装置内的粉末进行真空封装保存。
[0020]更进一步，本专利技术所述雾化制粉过程中，旋转进给装置的旋转电极主轴电流为600
‑
800A，等离子枪的工作电流为80
‑
120A。
[0021]进一步，本专利技术所述步骤S4熔覆前TC4合金零件的预热温度为300℃。
[0022]进一步，本专利技术所述步骤S4激光熔覆修复过程中，采用氩气作为保护气体，保护气体的送气速率为5L/min；激光器的功率为1200w，激光器的孔径选用为4mm；熔覆粉末的送粉速率为2.3g/min，熔覆过程中的进给速率为150mm/min；多道熔覆层的搭接率为45％。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0024]本专利技术通过引入Y元素制备TC4熔覆粉末，首先通过多次真空熔炼技术将钇(Y)均匀的引入钛合金中，锻造轧制后，再由一定制备参数的等离子旋转电极雾化制备钛合金粉末，稀土元素Y在钛合金基体中生成强化相纳米Y2O3，降低基体中的氧含量，限制晶粒生长，细化晶粒。此外，通过等离子旋转电极法制备的纳米Y2O3弥散强化钛合金粉末，粉末的性能更加优异，也可以使得Y元素在熔覆修复层分布的更加均匀，弥散强化效果更加明显。
[0025]本专利技术通过气相送粉法对TC4合金零件进行激光熔覆修复，得到的熔覆层稀释率低、热影响区域小、与基体形成冶金结合，零部件在熔覆之前进行预热，可避免激光熔覆时可能会因骤热开裂，影响熔覆修复层的性能。
附图说明
[0026]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光熔覆修复TC4合金零件损伤的方法，包括以下步骤：S1、按照0.1
‑
1.0wt％Y，5.5
‑
6.8wt％Al，3.5
‑
4.5wt％V，余量为Ti的合金元素配比进行配料，采用真空熔炼制备合金块锭，并进行锻造轧制；S2、将锻造轧制的合金块锭进行机械加工，加工成满足等离子旋转电极法尺寸要求的合金棒料；S3、采用等离子旋转电极法制备修复熔覆粉末；制备参数为：合金棒料的转速为25000
‑
35000r/min，合金棒料的进给速度为1.0
‑
2.0mm/s，等离子枪功率为80
‑
140kw，制粉过程中采用惰性气体作为保护气体，控制雾化室中惰性气体的温度在200℃
‑
300℃，制粉过程中实时监测雾化室中氧气含量，保证雾化室中氧气含量不大于100ppm；S4、采用步骤S3制备的修复熔复粉末，通过气相送粉法对TC4合金零件进行激光熔覆修复；所述激光熔覆的具体操作是：在熔覆前进行TC4合金零件的预热操作，预热温度为250℃
‑
350℃；熔覆过程中采用惰性气体作为保护气体，保护气体的送气速率为3
‑
8L/min；激光器的功率为1000
‑
1500w，激光器的孔径为3
‑
5mm；熔复粉末的送粉速率为1.5
‑
2.5g/min，熔覆过程中激光喷嘴的进给速率为100
‑
200mm/min；多道熔覆层的搭接率为30％
‑
50％。2.根据权利要求1所述的一种激光熔覆修复TC4合金零件损伤的方法，其特征在于：所述步骤S1中按照0.3
‑
0.5wt％Y；5.8
‑
6.2wt％Al；3.8％
‑
4.2wt％V，余量为Ti的合金元素配比进行配料，Y元素的添加形式为单质粉末，粉末的粒径不大于40μm。3.根据权利要求1所述一种激光熔覆修复TC4合金零件损伤的方法，其特征在于：所述步骤S1真空熔炼包括真空电弧自耗熔炼或真空感应熔炼，真空熔炼次...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐轶，张成阳，陈辉，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：