[发明专利]一种改善激光选区熔化增材制造钛合金缺陷或组织状态的电脉冲处理方法

说明书

本发明公开了一种改善激光选区熔化增材制造钛合金缺陷或组织状态的电脉冲处理方法，属于增材制造材料优化技术领域。该方法是对增材制造钛合金进行电脉冲处理，一定程度上改善该钛合金的缺陷或组织状态。所述电脉冲优化钛合金组织状态的处理过程中，电脉冲放电波形为阻尼波，放电周期为400ns，处理电压和次数分别为6kV‑1次、7kV‑1次、7.5kV‑1次、8kV‑1次和8.5kV‑1次；电脉冲优化钛合金缺陷状态的处理过程中，电脉冲放电波形为阻尼波，放电周期为400ns，处理电压和次数为3.5kV‑3次。本发明可用于增材制造钛合金的缺陷和组织优化的研究与应用。

技术领域

本发明涉及激光选区熔化材制造材料的组织及力学性能优化技术领域，具体涉及一种改善激光选区熔化增材制造钛合金缺陷或组织状态的电脉冲处理方法。

背景技术

激光选区熔化(Selective laser melting，SLM)增材制造技术，是3D打印技术的一种，不同于传统的去除切削加工技术，增材制造技术是基于CAD建模进行切片处理，通过将材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法[卢秉恒，李涤尘，增材制造(3D打印)技术发展，机械制造与自动化，42(2013)1-4；李俊峰，魏正英，卢秉恒，钛及钛合金激光选区熔化技术的研究进展，激光与光电子学进展，011403(2018)1-18]。基于送粉、送丝和基于粉末床的粉末输送方式，金属的增材制造技术可具体分为两类，第一类是直接能量沉积(DED)技术，包括直接金属沉积(DMD)、激光工程化净成形(LENS)、直接制造(DM)和异型金属沉积或线材及电弧增材制造(WAAM)，第二类是粉末床熔化(PBF)技术，包括选区激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、激光熔化(LM)、选区激光熔化(SLM)、LaserCUSING激光快速制造、电子束熔化(EBM)[李俊峰，魏正英，卢秉恒，钛及钛合金激光选区熔化技术的研究进展，激光与光电子学进展，011403(2018)1-18；F.H.(Sam)Froes,B.Dutta,The additive Manufacturing(AM)of titaniumalloys.Adv.Mater.Res.1019(2017)19-25.]。

在增材制造的金属材料及构件中，优化其微观组织、减少或消除缺陷进而提升力学性能一直是该领域发展需要面对的关键科技问题。在优化微观组织、调控力学性能方面，最常用的是热处理工艺。热处理过程需要温度与时间的相互匹配，相互调整。高温条件下，材料组织往往发生粗化，进而降低了其强度。增材制造材料组织中存在的缺陷形式可分为锁孔孔洞、未熔合孔洞、气孔及裂纹等[T.Debroy,et al.Additive manufacturing ofmetallic components–Process,structure and properties.Progress in MaterialsScience,92(2018)112-224]。这些典型缺陷，例如孔洞与未熔合缺陷对增材制造材料的力学性能有明显影响，尤其对材料的疲劳性能影响更为显著。目前普遍使用热等静压(Hotisostatic pressing,HIP)方法来改善材料的缺陷状态[Mohsen Seifi,Ayman A.Salem,Dan P.Satko,Ulf Ackelid,S.L ee Semiatin,John J.Lewandowski,Effect of HIP onmicrostructure heterogeneity,defect distribution and mechanical properties ofadditively manufactured EBM Ti-48Al-2Cr-2Nb,J.Alloys Compd.729(2017)1118-1135.]。热等静压不失为一种可用的优化增材制造缺陷及组织状态的方法，但这种方法需加热加压，也需要一定的处理时间，耗费较大，也容易发生晶粒长大从而降低其强度。如若能开发更加省时省力的优化方法来改善增材制造材料的微观组织及缺陷状况并不明显影响其强度甚至达到提升力学性能的目的，对于增材制造的工业化应用具有更好的推动作用。

发明内容