本發(fā)明屬于激光增材制造，具體涉及一種采用高熵合金作中間層的鋁合金-鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法。

背景技術(shù)：

1、鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高以及耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，鋁合金具有價(jià)格低、密度低以及比強(qiáng)度高等優(yōu)勢，鋁合金構(gòu)件和鈦合金構(gòu)件均被廣泛應(yīng)用于航空、航天和汽車等領(lǐng)域，因此工業(yè)制造領(lǐng)域需要大量的鋁合金-鈦合金構(gòu)件連接。

2、目前，鋁合金-鈦合金構(gòu)件連接的制造主要依靠傳統(tǒng)焊接方式實(shí)現(xiàn)，包括擴(kuò)散焊、超聲波焊、電弧熔釬焊等，其典型的缺點(diǎn)就是焊接連接區(qū)結(jié)合強(qiáng)度低，拉伸強(qiáng)度一般只有10-30mpa。由于鋁合金與鈦合金之間顯著的物理化學(xué)差異使得鋁/鈦異種結(jié)構(gòu)的焊接存在著巨大的困難，在該異種合金的界面處會(huì)產(chǎn)生大量的脆性金屬間化合物，傳統(tǒng)的激光/電子束等熔化焊接技術(shù)也無法應(yīng)用，這將極大的限制了鋁合金-鈦合金構(gòu)件連接件的應(yīng)用。

3、高熵合金由于其高混合熵、遲滯擴(kuò)散慢的擴(kuò)散速率以及高的穩(wěn)定性等特點(diǎn)，能夠使得al、ti元素傾向形成固溶體而不析出金屬間化合物，同時(shí)緩解鋁合金和鈦合金的物理性能差異，從而成為鋁合金-鈦合金連接的中間層的候選材料。利用激光增材制造技術(shù)制備高熵合金中間層實(shí)現(xiàn)鋁合金-鈦合金構(gòu)件連接，可避免連接區(qū)tial系脆性金屬間化合物的生成和連接區(qū)界面開裂，從而制備出高性能鋁合金-鈦合金構(gòu)件連接件。同時(shí)，高熵合金成分體系較多，必須找到能同時(shí)固溶較高含量的al、ti的高熵合金體系才能達(dá)到較好的連接效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種采用高熵合金作中間層的鋁合金-鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法。通過激光增材制造的方式將兩種優(yōu)選成分的高熵合金制成鋁合金-鈦合金構(gòu)件的中間層，避免了鋁合金-鈦合金直接激光連接過程中金屬間化合物的生成和開裂，進(jìn)而顯著提升鋁合金-鈦合金構(gòu)件連接區(qū)的結(jié)合強(qiáng)度。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

3、一種采用高熵合金作中間層的鋁合金-鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法，包括以下步驟：

4、將待連接的鋁合金構(gòu)件和鈦合金構(gòu)件通過機(jī)械加工的方式制備出v型坡口；使用tinbvzr或tinbv高熵合金粉末通過激光增材制造工藝在所述v型坡口處制備出高熵合金中間層以連接鋁合金構(gòu)件和鈦合金構(gòu)件。

5、優(yōu)選地，所述鋁合金構(gòu)件的材質(zhì)包括但不限于zl105a、alsi10mg、5a06、2024、6061、5083、6061、7075等常見牌號(hào)的鋁合金。

6、優(yōu)選地，所述鈦合金構(gòu)件的材質(zhì)包括但不限于ta2、ta15、tc4、tc11、tc21、tc18等常見牌號(hào)的鈦合金。

7、優(yōu)選地，所述鋁合金構(gòu)件和鈦合金構(gòu)件的坡口在激光增材制造前進(jìn)行預(yù)處理。

8、優(yōu)選地，所述鋁合金構(gòu)件的坡口的坡口斜面與水平方向成30-60°角；所述鈦合金構(gòu)件的坡口的坡口斜面與水平方向成30-60°角。

9、優(yōu)選地，所述tinbvzr高熵合金粉末中ti、nb、v和zr的原子比為1:0.5-2:0.5-2:0.5-2，粉末粒徑范圍為53-250μm；所述tinbv高熵合金粉末中ti、nb和v的原子比為1:0.5-2:0.5-2，粉末粒徑范圍為53-250μm。

10、更優(yōu)選地，所述tinbvzr高熵合金粉末和所述tinbv高熵合金粉末在使用前進(jìn)行120℃保溫2h的烘干處理。

11、優(yōu)選地，激光增材制造工藝的工藝參數(shù)為：激光束直徑3-6mm，激光功率為2-6kw，掃描速度500-1500mm/min，單層高度0.3-0.6mm，搭接率30-50％，送粉率800-2000g/h，氧含量低于80ppm。

12、優(yōu)選地，在制備出所述高熵合金中間層后，還包括退火處理步驟。

13、更優(yōu)選地，所述退火處理的溫度為200-500℃，保溫時(shí)間為1-6h，空冷或爐冷。

14、本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下：

15、本發(fā)明提供了一種采用高熵合金作中間層的鋁合金-鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法，所提供的方法首次采用tinbvzr或tinbv高熵合金作為鋁合金-鈦合金構(gòu)件連接區(qū)的填充材料，激光增材制造工藝制備的tinbvzr或tinbv高熵合金中間層避免了鋁合金及鈦合金直接增材連接過程中tial系脆性金屬間化合物的生成和開裂，可制備出結(jié)合強(qiáng)度較高的鋁合金-鈦合金構(gòu)件。該鋁/高熵合金/鈦合金梯度材料的成功制備，可為鈦/鋼、鎳/鋼、鈦/鎳等其他異種金屬的激光增材連接提供了新的制備思路，進(jìn)而可以在其相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行推廣實(shí)施。

技術(shù)特征：

1.一種采用高熵合金作中間層的鋁合金-鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用高熵合金作中間層的鋁合金-鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法，其特征在于，所述鋁合金構(gòu)件的材質(zhì)包括zl105a、alsi10mg、5a06、2024、6061、5083、6061或7075牌號(hào)的鋁合金。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用高熵合金作中間層的鋁合金-鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法，其特征在于，所述鈦合金構(gòu)件的材質(zhì)包括ta2、ta15、tc4、tc11、tc21或tc18牌號(hào)的鈦合金。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用高熵合金作中間層的鋁合金-鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法，其特征在于，所述鋁合金構(gòu)件和鈦合金構(gòu)件的坡口在激光增材制造前進(jìn)行預(yù)處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用高熵合金作中間層的鋁合金-鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法，其特征在于，所述鋁合金構(gòu)件的坡口的坡口斜面與水平方向成30-60°角；所述鈦合金構(gòu)件的坡口的坡口斜面與水平方向成30-60°角。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用高熵合金作中間層的鋁合金-鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法，其特征在于，所述tinbvzr高熵合金粉末中ti、nb、v和zr的原子比為1:0.5-2:0.5-2:0.5-2，粉末粒徑范圍為53-250μm；所述tinbv高熵合金粉末中ti、nb和v的原子比為1:0.5-2:0.5-2，粉末粒徑范圍為53-250μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用高熵合金作中間層的鋁合金-鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法，其特征在于，所述tinbvzr高熵合金粉末和所述tinbv高熵合金粉末在使用前進(jìn)行120℃保溫2h的烘干處理。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用高熵合金作中間層的鋁合金-鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法，其特征在于，激光增材制造工藝的工藝參數(shù)為：激光束直徑3-6mm，激光功率為2-6kw，掃描速度500-1500mm/min，單層高度0.3-0.6mm，搭接率30-50％，送粉率800-2000g/h，氧含量低于80ppm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用高熵合金作中間層的鋁合金-鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法，其特征在于，在制備出所述高熵合金中間層后，還包括退火處理步驟。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的采用高熵合金作中間層的鋁合金-鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法，其特征在于，所述退火處理的溫度為200-500℃，保溫時(shí)間為1-6h，空冷或爐冷。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種采用高熵合金作中間層的鋁合金?鈦合金構(gòu)件激光增材連接方法，屬于激光增材制造技術(shù)領(lǐng)域。所述連接方法的步驟包括：將待連接的鋁合金構(gòu)件和鈦合金構(gòu)件通過機(jī)械加工的方式制備出V型坡口；使用TiNbVZr或TiNbV高熵合金粉末通過激光增材制造工藝在所述V型坡口處制備出高熵合金中間層以連接鋁合金構(gòu)件和鈦合金構(gòu)件。本發(fā)明通過激光增材制造的方式將兩種優(yōu)選成分的高熵合金制成鋁合金?鈦合金構(gòu)件的中間層，避免了鋁合金?鈦合金直接激光連接過程中金屬間化合物的生成和開裂，進(jìn)而顯著提升鋁合金?鈦合金構(gòu)件連接區(qū)的結(jié)合強(qiáng)度。

技術(shù)研發(fā)人員：朱言言,高紅衛(wèi),程序,王玉岱,冉先喆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6