一种金属粉末激光定向能沉积制造钛合金镍基高温合金双金属构件的方法

本发明涉及增材制造，尤其涉及一种金属粉末激光定向能沉积制造钛合金/镍基高温合金双金属构件的方法。

背景技术：

1、航空航天领域飞行器关键部件服役温度跨度大，如航空发动机涡轮盘服役温度在700～1500℃之间，其不同部位对于材料性能有不同要求。钛合金和镍基高温合金是当前航空航天领域广泛应用的两类金属结构材料，其中钛合金具有较低密度、高比强度，适应于400～600℃高温环境应用；镍基高温合金具有良好的高温强度、抗蠕变性能以及高温抗氧化性，可在700～1000℃环境下服役。利用金属增材制造技术在具有复杂结构的宽温域服役构件中构建钛合金/镍基高温合金双金属结构，可实现“不同部位，不同材料，不同性能”的飞行器结构设计特点，对于有效减重，提高飞行器推重比具有重要意义。

2、由于钛合金和镍基高温合金在主要成分、晶体结构等方面存在差异，利用金属粉末激光定向能沉积技术直接接合两种材料时，两种材料界面往往形成大量脆性金属间化合物，而脆性金属间化合物在激光定向能沉积带来的巨大热应力下会造成构件制备过程中的开裂失效。因此实现钛合金和镍基高温合金的有效结合并提高其界面强度是制造钛合金/镍基高温合金双金属结构的重大挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种金属粉末激光定向能沉积制造钛合金/镍基高温合金双金属构件的方法。采用本发明的方法接合钛合金和镍基高温合金，连接界面处无脆性金属间化合物生成，可制备出具有良好界面结合的钛合金/镍基高温合金双金属构件。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种金属粉末激光定向能沉积制造钛合金/镍基高温合金双金属构件的方法，包括以下步骤：

4、在基板上沉积镍基高温合金粉末，形成镍基高温合金沉积层；

5、在所述镍基高温合金沉积层表面沉积cr金属粉末，形成cr金属沉积层；

6、在所述cr金属沉积层表面沉积v金属粉末，形成v金属沉积层；

7、在所述v金属沉积层表面沉积钛合金粉末，形成钛合金沉积层，得到钛合金/镍基高温合金双金属构件。

8、优选的，所述cr金属沉积层的总厚度为0.2～1mm。

9、优选的，所述v金属沉积层的总厚度为0.2～1mm。

10、优选的，所述沉积cr金属粉末的条件包括：激光光斑直径为0.5～3mm，激光功率为350～2600w，激光扫描速率为300～1200mm/min，单层沉积厚度为0.2～0.5mm。

11、优选的，所述沉积v金属粉末的条件包括：激光光斑直径为0.5～3mm，激光功率为350～2600w，激光扫描速率为300～1200mm/min，单层沉积厚度为0.2～0.5mm。

12、优选的，所述沉积镍基高温合金粉末的条件包括：基板温度为200～1000℃，激光光斑直径为0.5～3mm，激光功率为350～2600w，激光扫描速率为300～1200mm/min，单层沉积厚度为0.2～0.5mm。

13、优选的，所述镍基高温合金沉积层的总厚度为5～50mm。

14、优选的，所述沉积钛合金粉末的条件包括：激光光斑直径为0.5～3mm，激光功率为350～2600w，激光扫描速率为300～1200mm/min，单层沉积厚度为0.2～0.5mm。

15、优选的，所述钛合金沉积层的总厚度为5～50mm。

16、优选的，所述镍基高温合金粉末、cr金属粉末、v金属粉末和钛合金粉末的粒径独立地为53～150μm。

17、本发明提供了一种金属粉末激光定向能沉积制造钛合金/镍基高温合金双金属构件的方法，包括以下步骤：在基板上沉积镍基高温合金粉末，形成镍基高温合金沉积层；在所述镍基高温合金沉积层表面沉积cr金属粉末，形成cr金属沉积层；在所述cr金属沉积层表面沉积v金属粉末，形成v金属沉积层；在所述v金属沉积层表面沉积钛合金粉末，形成钛合金沉积层，得到钛合金/镍基高温合金双金属构件。

18、由于镍基合金中主要元素为ni，钛合金中主要元素为ti，钛合金和镍基高温合金的直接结合会在界面处形成大量ti-ni金属间化合物，易造成构件制备过程中的开裂失效。本发明以cr/v双金属沉积层作为连接过渡层，ni元素与cr元素之间不形成金属间化合物，ti元素与v元素之间不形成金属间化合物，且cr元素与v元素之间亦不形成金属间化合物，因此利用cr/v双金属中间层做为过渡，构建“镍基高温合金/cr/v/钛合金”结构，可有效避免界面金属间化合物的产生，实现良好的界面结合效果。

19、本发明通过合理的中间层设计，利用常规金属粉末激光定向能沉积设备制备了具有良好界面结合的钛合金/镍基高温合金双金属结构件。在此基础上，可实现复杂结构的宽温域服役构件中钛合金/镍基高温合金双金属结构的构建。

技术特征：

1.一种金属粉末激光定向能沉积制造钛合金/镍基高温合金双金属构件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述cr金属沉积层的总厚度为0.2～1mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述v金属沉积层的总厚度为0.2～1mm。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述沉积cr金属粉末的条件包括：激光光斑直径为0.5～3mm，激光功率为350～2600w，激光扫描速率为300～1200mm/min，单层沉积厚度为0.2～0.5mm。

5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述沉积v金属粉末的条件包括：激光光斑直径为0.5～3mm，激光功率为350～2600w，激光扫描速率为300～1200mm/min，单层沉积厚度为0.2～0.5mm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉积镍基高温合金粉末的条件包括：基板温度为200～1000℃，激光光斑直径为0.5～3mm，激光功率为350～2600w，激光扫描速率为300～1200mm/min，单层沉积厚度为0.2～0.5mm。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述镍基高温合金沉积层的总厚度为5～50mm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉积钛合金粉末的条件包括：激光光斑直径为0.5～3mm，激光功率为350～2600w，激光扫描速率为300～1200mm/min，单层沉积厚度为0.2～0.5mm。

9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述钛合金沉积层的总厚度为5～50mm。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镍基高温合金粉末、cr金属粉末、v金属粉末和钛合金粉末的粒径独立地为53～150μm。

技术总结
本发明提供了一种金属粉末激光定向能沉积制造钛合金/镍基高温合金双金属构件的方法，涉及增材制造技术领域。为了实现钛合金和镍基高温合金的有效结合并提高其界面强度，本发明以Cr/V双金属沉积层作为连接过渡层，利用常规金属粉末激光定向能沉积设备制备了具有良好界面结合的钛合金/镍基高温合金双金属结构件。在此基础上，可实现复杂结构的宽温域服役构件中钛合金/镍基高温合金双金属结构的构建。

技术研发人员：张帆,曾庆锦,朱永戚,屈晨凯,汤庆辉,李泽州,程兴旺
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5