一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝及工艺方法技术

一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝及工艺方法，涉及增材制造领域。药芯填充丝1外皮采用304不锈钢外皮，芯部粉末各元素成分按质量百分比为：金属钴粉的质量百分比为40％～80％，金属铝粉的质量百分含量为20％～60％。填充率为40wt.％～50wt.％；药芯填充丝2外皮采用镍基625外皮，芯部粉末各元素成分按质量百分比为：金属铜粉的质量百分比为0～100％，金属锰粉的质量百分比为0～100％；填充率为20wt.％～30wt.％。控制电流范围在150A～200A。送丝速度均为1.1m/min～2.5m/min。保证合金相为面心立方和体心立方组成，有效抑制金属间化合物产生，增强材料综合性能。增强材料综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝及工艺方法


[0001]本专利技术涉及增材制造领域，具体涉及一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝及工艺方法。

技术介绍

[0002]高熵合金又称多主元合金，一般是由五种或五种以上等摩尔或者近似等摩尔的元素组成的合金且每种元素的摩尔量都在5％～35％之间。与传统合金相比，高熵合金具有高强度、高硬度、良好的耐高温和耐腐蚀性能，在航天航空、核工业、舰船等领域具有广阔应用前景。
[0003]电弧增材制造是近年来发展出的一种先进制造技术，是增材制造技术的一个重要分支，其基于离散～堆积原理，以电弧为热源熔化丝材，通过逐层堆积的方式直接制备实体零部件，拥有传统制造技术难以比拟的高效率、高柔性和低成本优势，为高熵合金零部件的高效、高质、低成本制造提供了一条具有重要潜力的新途径。
[0004]通过对现有的高熵合金电弧增材制造技术检索发现，目前电弧增材制造用高熵合金填充丝材和工艺方法中，专利(专利号202210401510.4)公开了一种用于电弧增材制造的Al～Co～Cr～Fe～Ni高熵合金制备方法，通过设计一种缆式焊丝(Co～Cr～Fe～Ni)和纯Al焊丝，采用双丝共同送进的方式增材制造Al～Co～Cr～Fe～Ni高熵合金。该方法可灵活调控单一元素Al的含量，不足之处在于：Co、Cr、Fe和Ni四种合金主元的成分不可自由调控，且缆丝结构相对复杂，送丝性较差。
[0005]专利(专利号201810192636.9)公开了一种高熵合金双电弧熔丝增材制造的方法，设计和制备了一种高熵合金药芯填充丝，采用双电弧协同熔化双丝的方式增材制造高熵合金。该方法的局限在于：所采用的双电弧热输入大，易引起制件组织粗化、性能降低，且两套相互独立的电源之间的协同控制相对复杂。
[0006]因此，设计一种用于电弧增材制造高熵合金的填充丝材及工艺方法，实现高熵合金的高效、高质、低成本制造，是本领域亟待解决的技术问题，这对于推进电弧增材制造技术和高熵合金的工程应用具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝及工艺方法，采用双药芯填充丝材料以及双丝电弧增材制造高熵合金工艺能够高效率、高质量、低成本制造高熵合金。
[0008]本专利技术的技术方案为：一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝及工艺方法，包括双丝电弧增材制造高熵合金专用药芯填充丝、双丝电弧增材制造高熵合金工艺方法。
[0009]本专利技术所采用的第一个技术方案为双丝电弧增材制造高熵合金专用药芯填充丝，
包括药芯填充丝1和药芯填充丝2。药芯填充丝1和药芯填充丝2均由外皮和芯部药粉组成。
[0010]药芯填充丝1外皮采用304不锈钢外皮，其芯部粉末各元素成分按质量百分比为：金属钴粉的质量百分比为40％～80％，金属铝粉的质量百分含量为20％～60％。
[0011]药芯填充丝2外皮采用镍基625外皮，其芯部粉末各元素成分按质量百分比为：金属铜粉的质量百分比为0～100％，金属锰粉的质量百分比为0～100％，优选铜和锰均不为0。
[0012]药芯填充丝1的芯部粉末填充率为40wt.％～50wt.％，药芯填充丝2的芯部粉末填充率为20wt.％～30wt.％。
[0013]药芯填充丝1中粉末粒径为400～600目，药芯填充丝2中粉末粒径为100～200目。
[0014]本专利技术采用的第二个技术方案为双丝电弧增材制造高熵合金工艺方法。
[0015]所述的双丝电弧增材制造高熵合金工艺方法，系统由固定设备的工作台、三维运动机构、焊接结构、送丝结构、运动控制结构、保护气结构组成；工作台固定于三维运动机构XY轴所在平面上，工作台上包括有夹具，用于固定基板以保证工作过程中基板的热稳定。
[0016]所述三维运动机构中X轴Y轴Z轴三轴相互垂直，Z轴与焊接结构焊枪相连接，可控制焊枪在Z轴方向上移动；X轴和Y轴固定于工作台下，可承载工作台在XY轴平面内移动；三轴末端均与运功控制结构相连接，用于接收控制中心信号。
[0017]所述焊接结构由焊枪和焊机及若干连接线组成。焊枪固定于Z轴上随Z轴移动，焊枪与焊机相连用于接收以电弧为热源对焊丝进行加热的信号，焊机用于控制起弧熄弧和电流，控制电流范围在150A～200A。
[0018]所述送丝机构由送丝管和送丝机及若干焊丝组成。送丝管固定在Z轴上随Z轴一起运动，其末端正对焊枪钨极底部3～5mm，送丝管与XZ轴所在平面呈20～40度，与XY轴所在平面呈15～30度，两个送丝管分别对应药芯填充丝1和药芯填充丝2且相对于XZ轴所在平面对称分布，熔池是由药芯填充丝1和药芯填充丝2加热端共同且同时熔化形成的；送丝机用于控制送丝速度及送丝模式，药芯填充丝1和药芯填充丝2的匀速送丝速度均为1.1m/min～2.5m/min，两组送丝均采用振荡送丝模式。
[0019]所述运动控制机构由一个可编程控制器及若干连接线组成。控制器与三维运动平台、送丝机构以及焊接结构相连接，控制器可通过编程控制三维运动平台运动轨迹、焊枪起弧以及送丝机构送丝，控制器设定焊接速度为120mm/min～180mm/min。
[0020]所述保护气机构由储气罐和喷气系统组成。储气罐用于储存氩气惰性气体。喷气系统与焊机相连接，再由焊机连接到焊枪末端，可通过气压表设定气流量为10～15L/min，用于局部降温以及隔绝空气。
[0021]还包括有一种基于上述设备制作高熵合金的方法，所述焊丝包括304不锈钢药芯焊丝和镍基625药芯焊丝，所述的焊枪采用电弧为热源进行增材制造。
[0022]作为上述方案的进一步设置，所述送丝机构内置程序可通过设定调整每个所述输送组件对焊丝的输送速度以及送丝模式。
[0023]作为上述方案的进一步设置，所述高熵合金的组合成分可通过改变药芯成分以改变组合丝的整体成分或改变304不锈钢药芯焊丝与镍基625药芯焊丝相互间的送丝速度进行快速调整。
[0024]作为上述方案的进一步设置，所述的基底为Q235钢板，所述的电弧采用钨极氩弧
焊TIG焊。
[0025]作为上述方案的进一步设置，所述的电弧增材制造包含以下步骤：
[0026]1)将基板表面进行打磨去除氧化层，并用酒精清洗表面；
[0027]2)待清洁完毕后，使用夹具将基板固定在工作台上；
[0028]3)将预制作的双丝分别装入送丝机构，通过预实验以及计算对设备内置程序控制各机构进行参数设定，所述的参数包括三维运动平台运行速度、送丝速度、焊接电流以及保护气流量；
[0029]4)参数设定完成后，将焊枪钨极前端调整到距离基板3～5mm，并将焊枪的路径程序导入三维运动平台控制器，由三维运动控制器按照预先设定的运行速度控制三轴运动；
[0030]5)设定完成后，启动保护气系统，并通过检测确定保护气系统均匀输出保护气，且输出参数符合设定参数；
[0031]6)所有参数、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝，其特征在于，包括药芯填充丝1和药芯填充丝2；药芯填充丝1和药芯填充丝2均由外皮和芯部药粉组成。药芯填充丝1外皮采用304不锈钢外皮，其芯部粉末各元素成分按质量百分比为：金属钴粉的质量百分比为40％～80％，金属铝粉的质量百分含量为20％～60％。药芯填充丝2外皮采用镍基625外皮，其芯部粉末各元素成分按质量百分比为：金属铜粉的质量百分比为0～100％，金属锰粉的质量百分比为0～100％；药芯填充丝1的芯部粉末填充率为40wt.％～50wt.％，药芯填充丝2的芯部粉末填充率为20wt.％～30wt.％。2.按照权利要求1所述的一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝，其特征在于，药芯填充丝1中粉末粒径为400～600目，药芯填充丝2中粉末粒径为100～200目。3.按照权利要求1所述的一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝，其特征在于，药芯填充丝2中铜和锰均不为0。4.采用权利要求1所述的药芯填充丝进行电弧增材制造高熵合金的工艺方法，其特征在于，采用的系统由固定设备的工作台、三维运动机构、焊接结构、送丝结构、运动控制结构、保护气结构组成；工作台固定于三维运动机构XY轴所在平面上，工作台上包括有夹具，用于固定基板以保证工作过程中基板的热稳定；所述三维运动机构中X轴Y轴Z轴三轴相互垂直，Z轴与焊接结构焊枪相连接，可控制焊枪在Z轴方向上移动；X轴和Y轴固定于工作台下，可承载工作台在XY轴平面内移动；三轴末端均与运功控制结构相连接，用于接收控制中心信号；所述焊接结构由焊枪和焊机及若干连接线组成；焊枪固定于Z轴上随Z轴移动，焊枪与焊机相连用于接收以电弧为热源对焊丝进行加热的信号，焊机用于控制起弧熄弧和电流，控制电流范围在150A～200A；所述送丝机构由送丝管和送丝机及若干焊丝组成。送丝管固定在Z轴上随Z轴一起运动，其末端正对焊枪钨极底部3～5mm，送丝管与XZ轴所在平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红，黄富佳，王义朋，栗卓新，李国栋，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：