一种制造技术

一种

【技术实现步骤摘要】
一种Ti2AlNb超亲液微结构激光加工方法


[0001]本专利技术属于航空发动机
，涉及一种
Ti2AlNb
超亲液微结构激光加工方法
。

技术介绍

[0002]航空航天领域最突出的问题就是发动机的问题，发动机材料一直制约着当代航空航天领域的迅速发展
。Ti2AlNb
合金是一种可用于
650℃~800℃
的高温轻质材料，是理想的发动机材料
。
不可避免的涉及到其自身或与其他合金之间的连接问题，钎焊因其工序简单
、
成本低廉
、
可批量生产而广泛的应用
。
在钎焊过程中，钎料能否在母材表面铺展开来，对焊接的性能起着决定性作用，若钎料铺展较差，容易出现脱钎
、
漏钎
、
溢钎等缺陷
。
为解决上述问题，生产中常用机械打磨
、
喷砂
、
酸洗等手段改善材料表面性质，增强钎焊性能
。
[0003]研究表明材料表面的亲润性与材料的表面能及表面粗糙度均有关系
。
而使用激光加工亲液微结构，既可以改变被加工表面的粗糙度，又可以改变被加工表面的元素含量，可以同时调控粗糙度和表面能
。
材料亲液性越强，钎焊过程中钎料在表面铺展效果越好，最终钎焊性能越好
。
而在
Ti2AlNb
表面加工各种各样的微结构如纳米条纹
、
微立方体阵列/>、
微坑阵列等，可以促进液态金属在材料表面的润湿铺展性能，提高材料的亲液性能
。
[0004]激光加工因其非接触
、
加工区域灵活
、
自动化程度高等特点成为提升润湿性的有力手段
。
超快激光因其超短的作用时间，可以高效实现微米级尺寸
、
特殊形状
、
极致精度的加工，具有加工精度高
、
热扩散效应小等一系列优点，所加工材料材料表面无熔化痕迹，边缘光滑
、
清洁，无飞溅物
。
因此，本专利技术采用超快激光加工法，采用飞秒激光器对
Ti2AlNb
表面进行预处理，形成超亲液微结构纹理，提高
Ti2AlNb
表面的亲液性能，为提高后续钎焊表面处理的自动化水平做技术储备
。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提出一种钎焊前预处理的新方式，有望提升钎料与母材的亲润性，减少钎焊预处理步骤，提升多工序集成的可行性
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术将采用以下技术方案：一种
Ti2AlNb
超亲液微结构激光加工方法，包含以下步骤：步骤
1. 将
Ti2AlNb
合金固定在工作台；步骤
2. 将激光器的激光焦点对准待加工合金，设置激光加工参数，对合金表面进行加工，制备不同构型及尺寸的微结构
。
[0007]所述步骤1中，
Ti2AlNb
合金为平板或圆环结构
。
[0008]所述步骤2中，激光器为纳秒或飞秒激光器；其中，纳秒激光器功率为
100 W~200 W
，扫描速度为
500 mm/s~1500 mm/s
，扫描频率为
20 kHz
；飞秒激光功率为
5 W~10 W
，扫描速度为
5 mm/s~200 mm/s
，扫描频率为
200 kHz。
[0009]所述激光入射角为
θ
=0
°
～
20
°
。
[0010]所述步骤2中，构型为栅格微型结构和点阵微型结构中的一种，其中栅格微型结构
由纳秒激光器加工5次
~15
次或飞秒激光器加工
10
次
~20
次所得；点阵微型结构由纳秒激光器加工
10
次
~20
次或飞秒激光器加工
20
次
~30
次所得
。
[0011]所述步骤2中，栅格的沟槽深度为
10
μ
m~50
μ
m
，沟槽宽度为
100
μ
m
，相邻沟槽之间的间距为
100
μ
m~500
μ
m
；点阵型微结构的凹坑间距为
100
μ
m~500
μ
m
，直径为
100
μ
m~200
μ
m。
[0012]所述微结构尺寸和构型需要精确控制，加工完成后的微结构形貌与设计的保持一致；所述
Ti2AlNb
合金经激光加工完成后，母材没有裂纹产生，且合金表面亲润度提升了
13%~210%。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益之处为：
1. 使用激光在
Ti2AlNb
表面加工亲液微结构，在保持钎焊效果的同时节省了多工序周转的耗时，为后续钎焊表面处理的自动化水平提升做好技术储备
。
[0014]2. Ti2AlNb
为难加工硬脆材料，可焊性差，焊接难度大，本专利技术使用飞秒激光器在
Ti2AlNb
表面加工出微结构，改变材料表面的化学性质，使钎料在微结构沟槽之间流动，提升
Ti2AlNb
母材的亲润度，最高可提升
210%
，同时通过优选的工艺方案可避免加工过程中裂纹的生成
。
附图说明
[0015]图1为栅格亲液微结构加工示意图
。
[0016]图2为点阵亲液微结构加工示意图
。
[0017]图3为圆环类零件加工示意图
。
[0018]图4为实施例1中经激光加工后合金表面结构示意图及其表面亲润度示意图
。
其中，（
a
）为表面结构示意图，（
b
）为表面亲润度示意图
。
[0019]图5为实施例2中经激光加工后合金表面结构示意图及其表面亲润度示意图
。
其中，（
a
）为表面结构示意图，（
b
）为表面亲润度示意图
。
[0020]图6为实施例3中经激光加工后合金表面结构示意图及其表面亲润度示意图
。
其中，（
a
）为表面结构示意图，（
b
）为表面亲润度示意图
。
[0021]图7为实施例4中经激光加工后合金表面结构示意图及其表面亲润度示意图
。
其中，（
a
）为表面结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
Ti2AlNb
超亲液微结构激光加工方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤
1. 将
Ti2AlNb
合金固定在工作台；步骤
2. 将激光器的激光焦点对准待加工合金，对合金表面进行加工，制备不同构型及尺寸的微结构；其中，构型为栅格微型结构或点阵微型结构中的一种；所述栅格的沟槽深度为
10
μ
m~50
μ
m
，沟槽宽度为
100
μ
m
，相邻沟槽之间的间距为
100
μ
m~500
μ
m
；点阵型微结构的凹坑间距为
100
μ
m~500
μ
m
，直径为
100
μ
m~200
μ
m。2.
根据权利要求1所述的一种
Ti2AlNb
超亲液微结构激光加工方法，其特征在于，所述步骤1中，
Ti2AlNb
合金为平板或圆环结构
。3.
根据权利要求1所述的一种
Ti2AlNb
超亲液微结构激光加工方法，其特征在于，所述步骤2中，激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨淞皓，于真鹤，陈慧斌，钱昆，杨林青，
申请(专利权)人：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：