[发明专利]一种获得耐磨耐蚀钛合金工件的激光组合加工工艺

说明书

本发明涉及激光加工与材料学领域，特指一种获得耐磨耐蚀钛合金工件的激光组合加工工艺。首先对钛合金基体进行预加热，预加热温度低于钛合金相变温度，然后使用二氧化碳激光器对钛合金构件表面进行搭接扫描，之后立即在激光辐射区域喷射纳米级(150‑300nm)合金粉末，冷却后对试样表面打磨抛光，然后再采用室温激光冲击，提高钛合金耐磨耐腐蚀性。

技术领域

本发明涉及激光加工与材料学领域，特指一种获得耐磨耐蚀钛合金工件的激光组合加工工艺。首先对钛合金基体进行预加热，预加热温度低于钛合金相变温度，然后使用二氧化碳激光器对钛合金构件表面进行搭接扫描，之后立即在激光辐射区域喷射纳米级(150-300nm)合金粉末，冷却后对试样表面打磨抛光，然后再采用室温激光冲击，提高钛合金耐磨耐腐蚀性。

背景技术

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域，主要应用有发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件，是一种常用的结构材料，然而其本身硬度低和耐磨耐腐蚀性差等弱点在很大程度上限制了钛合金性能的发挥，，使其应用受到较大制约。

为了改善钛合金的性能，传统的表面强化方法一般采用金属表面镀层，使其强度、硬度、耐磨性得到改善，但传统的金属表面强化方法获得的强化层较薄，且强化层与基体之间的结合强度低，容易剥落，不能达到预期效果。

近年来，激光表面处理方法日趋成熟，使用激光合金化的方法对钛合金进行表面强化是解决钛合金耐磨、耐腐蚀性差、易变形等问题的有效方法之一，而且能够克服传统方法的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新的钛合金表面激光加工工艺，其特征在于：对钛合金基体预加热后，用激光器对钛合金表面进行搭接扫描，扫描过程中采用氩气保护熔池，之后在激光辐射区域喷射纳米级(150-300nm)合金粉末，凝固后形成新的合金硬化层，从而提高钛合金的表面耐磨耐腐蚀性，之后对试样打磨抛光后进行激光冲击强化处理，进一步提高钛合金构件的抗腐蚀能力。

具体步骤如下：

步骤一，将待处理钛合金试样放在酒精溶液中用超声波清洗机清除表面的灰尘与油渍；

步骤二，将钛合金基体放入箱式电阻炉中进行预加热，加热温度低于钛合金的相变温度，根据钛合金的相变温度设定加热温度为750-950℃，对钛合金试样进行预加热的目的是为了减小温度梯度，改善激光熔凝后残余应力分布，从而提高喷射效果；

步骤三，取出加热到指定温度的钛合金试样并将试样安装在激光冲击装置加载平台上，将激光束光斑中心与基体待冲击表面左上角重合，作为冲击强化处理起始位置，并使待冲击区域X轴和Y轴方向与加载平台的X轴和Y轴方向一致；

步骤四，打开激光器，对钛合金试样表面进行搭接扫描，扫描过程中采用氩气保护熔池；

步骤五，当激光束加热金属表面后，通过粉末加料器喷嘴装置立即在激光辐射区域喷射纳米级(150～300nm)合金粉末，所述合金粉末的成分配比为：Al 55％，Ti 30％，Fe7％，B 8％，混合均匀，喷射合金粉末的初速度为15-30mm/s，合金粉末注入熔池的方向与激光束方向的夹角为35°，喷嘴与熔池的距离为8-10mm，粉末进料速率为70-160mg/s，将合金粉末注入钛合金基体表层后，熔化的基体材料和添加的合金粉末由于激光熔池的运动而得到混合，凝固后形成以基体成分为基础而又不同于基体成分的新的合金硬化层，由于所使用的是纳米级(150-300nm)合金粉末粒子，这些硬质粒子将镶嵌在合金化的基体中，从而使钛合金表面的耐磨耐腐蚀性获得提高；