CN107186330A - 一种纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法 - Google Patents

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CN107186330A CN201710556764.2A CN201710556764A CN107186330A CN 107186330 A CN107186330 A CN 107186330A CN 201710556764 A CN201710556764 A CN 201710556764A CN 107186330 A CN107186330 A CN 107186330A
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陈橙
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尚峰
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Abstract

本发明为一种纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法，具体为一种TC4钛合金与纯钛的电子束熔丝增材制造方法。将纯钛丝和钛合金TC4丝材交错重叠的沉积，使每个沉积道的各个相邻方向交替。通过对增材过程中纯钛以及钛合金的堆积结构设计、对于沉积道间搭接率的控制，以及对于每层焊道进行小束流7mA的电子束扫描，有效的改善每层的气孔及残余应力等缺陷，使每层之间的结合更加致密。该方法具体步骤如下：首先，进行增材制造的准备工作；然后，沉积一个10道15层实体，本发明的电子束熔丝增材制造方法可以有效的提高材料的强度和韧性，使材料的强度和韧性匹配良好，抗冲击性能显著提高。

Description

一种纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法
技术领域
本发明涉及增材制造领域，具体涉及TC4钛合金与纯钛丝的熔丝电子束增材制造方法。
背景技术
目前，钛和TC4钛合金是航空、航天领域用途最广、用量最大的金属，钛合金因其耐热性强、比强度高、具有良好的塑性、韧性以及耐蚀性，广泛应用于陆战装甲、航空航天、石油化工等领域。且陆战装甲、航空、航天飞行器对大型钛合金框梁一体结构、整体骨架结构的需求与日俱增，对于钛合金使用电子束熔丝增材制造的方法能实现构件的高性能、低成本、轻量化、长寿命。
电子束熔丝增材制造的钛合金材料，借鉴贝壳珍珠层的“一软一硬”的“砖-泥”结构，可以提高材料的塑韧性，有效解决钛合金材料在应用时出现的强度较高而塑性较差的问题。近年来国内外对电子束增材制造进行了研究，杨光、巩水利等人对TC18合金进行电子束熔丝的增材制造，对其形成的组织结构特征进行研究，但仍存在成型后的塑韧性低的问题。于中强钛合金TC4进行了电子束成形后，材料的强度偏低同时塑性达不到理想效果。Lockheed Martin公司的Barnes、Brice以及美国航空航天局(NASA)兰利研究中心的Karen、Hafley等人在研究电子束熔丝增材制造TC4钛合金的力学性能时，发现用普通成分制备钛合金材料的强度与锻件相比明显偏低，塑性得不到提高。如何通过工艺和结构的匹配手段达到理性的塑性指标仍是一个技术难题。电子束熔丝成形中强钛合金强度往往比锻件低，而高强钛合金虽然强度达到较高水平，但塑性差。对于强度-塑/韧性匹配失衡的深层原因以及控制机制的认识尚不清楚；Karen、Hafley等人在研究电子束快速成形TC4钛合金的力学性能时，发现用普通成分制备钛合金材料的强度与锻件相比明显偏低。
发明内容
本发明目的在于通过对增材过程中纯钛以及钛合金的工艺参数调节、堆积结构设计、对于搭接率的控制，以及对于每层焊道进行小束流7mA的电子束扫描，有效的改善每层的气孔及残余应力等缺陷，使每层之间的结合更加致密，增强了电子束熔丝增材制造钛合金的强韧性匹配，得到强度较高和韧性匹配较好的钛合金增材试样。
实现本发明目的采用如下技术方案。
一种纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法，在TC4基底上，通过纯钛丝和TC4丝材交错重叠的沉积，纯钛丝沉积形成连接相，TC4丝材沉积形成基底相，控制沉积时同种丝材间的使两沉积道之间的搭接率为50％-58％，不同种丝材间的搭接率为40％-45％，并对每层每焊道进行小束流7mA的电子束扫描，且在不同沉积层或不同沉积层的沉积道之间形成纵向及横向的交替，完成多层多道实体的增材制造。进一步的，多层多道实体为十五层的十道沉积道。
一种纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法，具体步骤如下：
步骤1，对TC4基板进行预处理，安装TC4丝材和纯钛丝，并进行调试；
步骤2，抽取真空，设定熔积速度参数：电子束加速电压、聚焦电流、束流、送丝速度、工作台运动速度；
步骤3，设定电子束流为30mA-40mA，聚焦电流为860mA，加速电压为60KV，运动速度为5mm/s，束流上升、下降时间为1.5s；送丝速度为15mm/s；使TC4丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，送丝角度为60°，丝材距离TC4基板的高度为2mm，进行第一层第一道TC4丝材基底相沉积,，记为1-1；
步骤4，设定电子束流：30mA-40mA，聚焦电流860mA，加速电压：60KV，运动速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s；送丝速度：15mm/s；使TC4丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，调整位置，使丝材距离基板的高度为2mm，与1-1的沉积层的使两沉积道之间的搭接率为50％-58％，紧挨第一层第一道丝材沉积TC4，对焊道进行小束流7mA的电子束扫描，进行第一层第二道TC4丝材基底相沉积，记为1-2；
步骤5，重复步骤4，直至完成1-3至1-10的TC4丝材沉积；
步骤6，设定电子束流：20mA-30mA，聚焦电流860mA，加速电压：60KV，运动速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s，送丝速度：15mm/s；使丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，移动真空室内的操作台至第一层第一道的位置坐标处，送丝角度为60°，丝材距离第一层第一道沉积层的中心线位置高度为1.5mm，并在第一层第一道TC4丝材基底相上，进行第二层第一道沉积纯钛丝连接相沉积，记为2-1；
步骤7，设定电子束流：20mA-30mA，聚焦电流860mA，加速电压：60KV，运动速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s；送丝速度：15mm/s；使丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，与2-1的沉积层之间的搭接率为40％-45％，紧挨2-1进行同种丝材沉积，对焊道进行小束流7mA的电子束扫描，进行第二层第二道纯钛丝连接相沉积，记为2-2；
步骤8，重复步骤7，直至完成第二层第三道至第二层第十道的纯钛丝连接相沉积；
步骤9，在第二层纯钛丝连接相沉积层上重复步骤3-5完成第三层TC4丝材基底相沉积；
步骤10，重复上述步骤直至完成十五层，形成层与层之间两种材料的交错沉积，最终形成十五层十道的沉积的实体。
进一步的，步骤1中，所述的增材制造前预处理步骤为：
步骤1.1，使用280#、400#、600#目数砂纸去除TC4基板面区域表面氧化层，并使用丙酮进行表面油污清理；
步骤1.2，分别安装TC4钛合金丝材与纯钛丝材，进行送丝调试工作。
步骤2中，所述的枪真空、室真空度分别达到8E-3、7E-2。
步骤2中，设定的参数为：TC4钛合金丝材的电子束聚焦电流860mA，加速电压：60KV，电子束流：30mA-40mA，灯丝电流400mA-450mA，送丝速度：15mm/s；纯钛丝材的电子束流：20mA-30mA，聚焦电流860mA，加速电压：60KV，运动速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s，送丝速度：15mm/s控制沉积时同种丝材间的使两沉积道之间的搭接率为50％-58％，不同种丝材间的搭接率40％-45％。
TC4钛合金质量百分组成为：Ti：89.12％、Al：6.42％、V：4.30％、Fe：0.05％、C：0.03％；纯钛质量百分组成为：Ti：≥99.8％、Fe：0.095％，O：0.08％。
进一步的，一种纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法，具体步骤如下：
步骤1，对TC4基板进行预处理，并设置TC4丝材和纯钛丝；
步骤2，抽取真空，设定熔积速度参数：电子束加速电压、聚焦电流、束流、送丝速度、工作台运动速度；
步骤3，设定电子束流为30mA-40mA，聚焦电流为860mA，加速电压为60KV，运动速度为5mm/s，束流上升、下降时间为1.5s；送丝速度为15mm/s；使丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，丝材距离TC4基板的高度为2mm，进行第一层第一道基底相TC4丝材沉积，对焊道进行小束流7mA的电子束扫描，记为1-1；
步骤4，设定电子束流：20mA-30mA，聚焦电流860mA，加速电压：60KV，运动速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s，送丝速度：15mm/s；使丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，调整位置，使丝材距离基板的高度为2mm，并使新的沉积层与1-1沉积层之间的搭接率为40％-45％，对第一层第二道丝材纯钛丝连接相沉积，对焊道进行小束流7mA的电子束扫描，记为1-2；
步骤5，重复步骤3-4，直至完成第一层第三道至第一层第十道的两种不同丝材沉积道与沉积道之间的沉积；
步骤6，设定电子束流：20mA-30mA，聚焦电流860mA，加速电压：60KV，运动速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s，送丝速度：15mm/s；使丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，移动真空室内的操作台至第一层第一道的位置坐标处，送丝角度为60°，丝材距离第一层第一道沉积层的中心线位置高度为1.5mm，并在第一层第一道TC4丝材基底相上，进行第二层第一道沉积纯钛丝连接相沉积，对焊道进行小束流7mA的电子束扫描，记为2-1；
步骤7，设定电子束流为30mA-40mA，聚焦电流为860mA，加速电压为60KV，运动速度为5mm/s，束流上升、下降时间为1.5s；送丝速度为15mm/s；使丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，调整位置，与步骤6的沉积层之间的搭接率为30％-35％，紧挨进行第二层第一道丝材沉积，对焊道进行小束流7mA的电子束扫描，进行第二层第二道基底相TC4丝材沉积，记为2-2；
步骤8，重复步骤6-7，直至完成第二层第三道至第二层第十道的丝材的交错沉积；
步骤9，在第二层沉积层上重复上述步骤完成十五层，形成十五层十道的沉积的实体。
步骤1中，所述的增材制造前预处理步骤为：
步骤1.1，使用280#、400#、600#目数砂纸去除TC4基板面区域表面氧化层，并使用丙酮进行表面油污清理；
步骤1.2，分别安装TC4钛合金丝材与纯钛丝材，进行送丝调试工作。
步骤2中，所述的枪真空、室真空度分别达到8E-3、7E-2。
步骤2中，设定的参数为：TC4钛合金丝材的电子束聚焦电流860mA，加速电压：60KV，电子束流：30mA-40mA，灯丝电流400mA-450mA，送丝速度：15mm/s；纯钛丝材的电子束流：20mA-30mA，聚焦电流860mA，加速电压：60KV，运动速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s，送丝速度：15mm/s控制沉积时同种丝材间的使两沉积道之间的搭接率为50％-58％，不同种丝材间的搭接率40％-45％。
TC4钛合金质量百分组成为：Ti：89.12％、Al：6.42％、V：4.30％、Fe：0.05％、C：0.03％；纯钛质量百分组成为：Ti：≥99.8％、Fe：0.095％，O：0.08％。
本发明相对于现有技术相比，具有显著优点如下：
1、本发明借鉴贝壳珍珠层天然的有机-无机层状复合材料以及多尺度、多层次“砖-泥”组装结构，在钛及钛合金的熔丝增材制造中对丝材采用交错重叠的沉积，且对层面的搭接率进行控制的方法，当采取每层之间为异种丝材沉积的方法时，焊道表面平整，搭接过渡良好，强度和韧性相对于标准锻件有所提高。
2、当采取每道焊道之间为异种丝材交错沉积时，同样对搭接率进行控制，所得成形良好，搭接过渡良好，强度和韧性相比于标准锻件有较大范围的提高。其中强度提高60-80MPa、韧性提高30-45J/cm2。
3、每层沉积后采用小功率电子束对焊道进行扫描，有效改善每层的气孔及残余应力等缺陷，使每层之间的结合更加致密。
附图说明
图1为搭接方式的示意图，其中a为沉积路径宽度，l为两条沉积路径的中心距，搭接率为
图2-4是本发明中实施例中的纯钛及钛合金材料沉积方式示意图。每组图中左图与右图分别为每层俯视图，阴影部分表示TC4钛合金；空白部分表示纯钛，每个俯视图的上方为第一道。
图5中的(a)、(b)、(c)分别为实施例1、2和3的显微晶像图。图5(a)中晶界ɑ相多数呈不连续分布状态，在粗大的β晶内部两相有所交叉；图5(b)为片层状ɑ相间距稍大，与β相呈网篮状分布；图5(c)为片层状ɑ相间距较小且分布规则，与β相呈致密网篮状交织。
具体实施方式
本发明技术方法不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
实施例1
使用280#、400#、600#目数砂纸去除TC4基板面区域表面氧化层，并使用丙酮进行表面油污清理；钛合金材料为纯钛和TC4钛合金，其中，TC4钛合金质量百分组成为：Ti：89.12％、Al：6.42％、V：4.30％、Fe：0.05％、C：0.03％；纯钛的质量百分组成为：Ti：≥99.8％、Fe：0.095％，O：0.08％。对TC4基板进行装配，然后，分别安装TC4钛合金丝材与纯钛丝材，进行送丝调试工作。使送丝装置出丝口的丝材位于真空室电子束斑表面焦点抑或下焦点位置，送丝角度60°，同时使丝材距离基板2mm。其中操作台移动方向采用空间直角坐标系。其中真空室内操作台水平运动方向为X轴，同一平面内前后运动方向为Y轴，垂直于X、Y轴所在平面竖直高度方向为Z轴。
抽取真空，并待枪真空、室真空度到达电子束熔丝条件，枪真空、室真空度分别达到8E-3、7E-2，加载高压，并进行熔积速度参数设定。其中，电子束聚焦电流860mA，加速电压：60KV，灯丝电流420mA；电子束流：35mA，熔积速度速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s；启动真空室运动系统伺服使能，水平移动TC4钛合金基板，调整TC4钛合金丝材沉积的起始位置。完成参数设定后进行熔丝，下束并待完整熔池形成后，开始水平轴X方向运动完成第一道TC4钛合金丝材沉积，真空室内操作台向Y轴移动，使两沉积道之间的搭接率为50％-58％，紧挨着第一道进行第二道纯钛丝材沉积，沉积的方式为来回往复，同理进行第三、四至第十道，第一层均为纯钛丝，以上步骤中对每次沉积完的焊道进行小束流7mA的电子束扫描。
重新设定工艺参数，电子束聚焦电流860mA，加速电压：60KV，灯丝电流420mA；电子束流：25mA，熔积速度：5mm/s，将控制台移回到第一层第一道的位置坐标处，使丝材距离第一层沉积到中心线位置向Z轴方向移动1.5mm，使纯钛丝材的位置使其沿着第一层TC4钛合金沉积的位置开始沉积第二层，完成参数设定后进行熔丝，下束并待完整熔池形成后，开始水平轴运动完成第二层第一道纯钛丝材沉积，两沉积道之间的搭接率为50％-58％，紧挨着第一道进行第二道纯钛丝材沉积，沉积的方式为来回往复，同理进行第三、四至第十道，第二层均为纯钛，以上步骤中对每次沉积完的焊道进行小束流7mA的电子束扫描。
分别重复上述的参数设置和操作，第三层为TC4钛合金丝沉积、第四层为纯钛丝沉积、第五层为TC4钛合金丝材沉积……这样交叉沉积，直至第十五层。
具体完成示意图参考图2。
如图2所示为本发明实施例中材料成型示意图，此种工艺方法成形的材料的室温冲击韧性：70J/cm2，抗拉强度：943MP，延伸率：12％，断面收缩率：25％，性能较标准锻件HB5432相比较好。
实施例2
使用280#、400#、600#目数砂纸去除TC4基板面区域表面氧化层，并使用丙酮进行表面油污清理；钛合金材料为纯钛和TC4钛合金，其中，TC4钛合金质量百分组成为：Ti：89.12％、Al：6.42％、V：4.30％、Fe：0.05％、C：0.03％；纯钛的质量百分组成为：Ti：≥99.8％、Fe：0.095％，O：0.08％。对TC4基板进行装配，然后，分别安装TC4钛合金丝材与纯钛丝材，进行送丝调试工作。使送丝装置出丝口的丝材位于真空室电子束斑表面焦点抑或下焦点位置，送丝角度60°，同时使丝材距离基板2mm。其中操作台移动方向采用空间直角坐标系。其中真空室内操作台水平运动方向为X轴，同一平面内前后运动方向为Y轴，垂直于X、Y轴所在平面竖直高度方向为Z轴。
抽取真空，并待枪真空、室真空度到达电子束熔丝条件，枪真空、室真空度分别达到8E-3、7E-2，加载高压，并进行熔积速度参数设定。其中，电子束聚焦电流860mA，加速电压：60KV，灯丝电流420mA；电子束流：35mA，熔积速度速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s；启动真空室运动系统伺服使能，水平移动TC4钛合金基板，调整纯钛丝材熔丝沉积的起始位置。完成参数设定后进行熔丝，下束并待完整熔池形成后，开始水平轴X方向运动完成第一道TC4钛丝材沉积，真空室内操作台向Y轴移动，使两沉积道之间的搭接率为50％-58％，紧挨着第一道进行第二道TC4钛合金丝材沉积，沉积的方式为来回往复，同理进行第三、四至第十道，第一层均为TC4钛合金丝材，以上步骤中对每次沉积完的焊道进行小束流7mA的电子束扫描。
重新设定工艺参数，电子束聚焦电流860mA，加速电压：60KV，灯丝电流420mA；电子束流：25mA，熔积速度：5mm/s，将控制台移回到第一层第一道的位置坐标处，使丝材距离第一层沉积到中心线位置向Z轴方向移动1.5mm，设定沉积方向为Y，从起始位置沿着Y轴沉积，完成参数设定后进行熔丝，下束并待完整熔池形成后，开始垂直水平轴运动完成第二层第一道纯钛丝材沉积，两沉积道之间的搭接率为50％-58％，紧挨着第一道进行第二道TC4钛合金丝材沉积，沉积的方式为来回往复，同理进行第三、四至第十道，第二层均为TC4钛合金，以上步骤中对每次沉积完的焊道进行小束流7mA的电子束扫描。
分别重复上述的参数设置和操作，第三层为TC4丝材沉积、第四层为纯钛丝材沉积、第五层为TC4钛合金丝材沉积……这样垂直交叉沉积，直至第十五层。
具体完成示意图参考图3。
如图3所示为本发明实施例中材料成型示意图，此种工艺方法成形的材料的室温冲击韧性：75J/cm2，抗拉强度：960MP，延伸率：13％，断面收缩率：25％，性能较标准锻件HB5432相比较好。
实施例3
本实施方式中对一种纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法按以下步骤进行：
使用280#、400#、600#目数砂纸去除TC4基板面区域表面氧化层，并使用丙酮进行表面油污清理；钛合金材料为纯钛和TC4钛合金，其中，TC4钛合金质量百分组成为：Ti：89.12％、Al：6.42％、V：4.30％、Fe：0.05％、C：0.03％；纯钛的质量百分组成为：Ti：≥99.8％、Fe：0.095％，O：0.08％。对TC4基板进行装配，然后，分别安装TC4钛合金丝材与纯钛丝材，进行送丝调试工作。使送丝装置出丝口的丝材位于真空室电子束斑表面焦点抑或下焦点位置，送丝角度60°，同时使丝材距离基板2mm。其中操作台移动方向采用空间直角坐标系。其中真空室内操作台水平运动方向为X轴，同一平面内前后运动方向为Y轴，垂直于X、Y轴所在平面竖直高度方向为Z轴。
抽取真空，并待枪真空、室真空度到达电子束熔丝条件，枪真空、室真空度分别达到8E-3、7E-2，加载高压，并进行熔积速度参数设定。其中，电子束聚焦电流860mA，加速电压：60KV，灯丝电流420mA；电子束流：25mA，熔积速度速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s；启动真空室运动系统伺服使能，水平移动TC4钛合金基板所在的操作台，完成参数设定后进行熔丝，下束并待完整熔池形成后，开始水平轴X正方向运动完成第一道纯钛丝材沉积，随后马上对沉积完成的焊道进行小束流7mA的电子束扫描，记为1-1；
重新设定工艺参数，电子束聚焦电流860mA，加速电压：60KV，灯丝电流420mA；电子束流：35mA，熔积速度速度：5mm/s，移动真空室内的操作台至第一层第一道的位置坐标处，送丝角度为60°，丝材距离第一层第一道沉积层的中心线位置高度为1.5mm，将操作台向Y轴方向移动，使两沉积道之间的搭接率为40％-45％，TC4钛合金丝材的位置使其紧挨成型的第一道钛丝，完成参数设定后进行熔丝，下束并待完整熔池形成后，开始X轴方向水平运动完成第二道TC4钛合金丝材沉积，随后马上对焊道进行小束流7mA的电子束扫描。记为1-2；
重新设定工艺参数，电子束聚焦电流860mA，加速电压：60KV，灯丝电流420mA；电子束流：25mA，熔积速度速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s；启动真空室运动系统伺服使能，Y轴水平移动TC4钛合金基板至第三道的位置坐标处，使两沉积道之间的搭接率为40％-45％，调整纯钛丝材熔丝沉积的起始位置，纯钛丝材的位置使其紧挨已成型的第二道TC4钛合金丝。完成参数设定后进行熔丝，下束并待完整熔池形成后，开始X水平轴运动完成第三道纯钛丝材沉积，对焊道进行小束流7mA的电子束扫描，记为1-3；
重新设定工艺参数，电子束聚焦电流860mA，加速电压：60KV，灯丝电流420mA；电子束流：35mA，熔积速度速度：5mm/s，向Y轴移动操作台，两沉积道之间搭接率为40％-45％，使TC4钛合金丝材紧挨成型的第三道钛丝，完成参数设定后进行熔丝，下束并待完整熔池形成后，开始X轴水平轴运动完成第四道TC4钛合金丝材沉积，随后马上对焊道进行小束流7mA的电子束扫描，记为1-4；
重新设定工艺参数，电子束聚焦电流860mA，加速电压：60KV，灯丝电流420mA；电子束流：25mA，熔积速度速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s；启动真空室运动系统伺服使能，Y轴方向移动TC4钛合金基板所在的操作台，调整纯钛丝材熔丝沉积的起始位置，两沉积道之间搭接率为40％-45％，纯钛丝材的位置使其紧挨已成型的第四道TC4钛合金丝。完成参数设定后进行熔丝，下束并待完整熔池形成后，开始水平轴运动完成第五道纯钛丝材沉积，随后马上对焊道进行小束流7mA的电子束扫描，记为1-5；
随后的1-6、1-7……1-10重复以上步骤进行每道交错沉积。
以上操作完成了对第一层的熔丝沉积，设定工艺参数对第二层进行沉积。移动真空室内的操作台至第一层第一道的位置坐标处，送丝角度为60°，丝材距离1-1沉积层的中心线位置高度为1.5mm，同层的不同材料沉积道之间的搭接率为40％-45％，在第1-1道钛丝层上沉积TC4丝材，记为2-1；在第1-2道TC4层上沉积纯钛丝，记为2-2；在1-3纯钛丝上沉积沉积TC4丝材，记为2-3；在第1-4道TC4层上沉积纯钛丝，记为2-4；在1-5纯钛丝上沉积TC4丝材，记为2-5，依次类推直到2-10。每道沉积过后对焊道进行小束流7mA的电子束扫描。
以上操作完成了对第二层的熔丝沉积，设定工艺参数对第三层进行沉积。在第2-1道TC4层上沉积钛丝层，记为3-1；在第2-2道纯钛丝层上沉积TC4丝材，记为3-2；在2-3道TC4层上沉积钛丝层，记为3-3；在第2-4道纯钛丝层上沉积TC4丝材，记为3-4；在2-5道TC4层上沉积纯钛丝，记为3-5，依此类推交错沉积直到3-10。每道沉积过后对焊道进行小束流7mA的电子束扫描。
第四层、第五层直到第十五层的参数设定和操作，按照上述思维，达到每道沉积层的上、下、左、右邻位都是两种不同材料的交错沉积。
具体完成示意图参考图4。
如图4所示为本发明实施例中材料成型示意图，此种工艺方法成形的材料的室温冲击韧性：80J/cm2，抗拉强度：957MP，延伸率：13％，断面收缩率：35％，性能均高于标准锻件HB5432。
本发明利用在生物材料中，贝壳珍珠层是以文石晶片作为无机基体，有机质作为连接相，通过交织重叠形成的层状复合材料和软硬交替的“砖-泥”组装结构，使其具有极强的抗冲击性能，强度大、硬度高、韧性好，是软体动物的“防护装甲”。纯钛硬度为HV80，TC4钛合金的硬度为HV370，故借鉴贝壳珍珠层结构特点，纯钛丝作为组装结构中的“有机质”，TC4钛合金丝材作为组装结构中的“无机基体”。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法，其特征在于，该增材制造方法为：在TC4基底上，通过纯钛丝和TC4丝材交错重叠的沉积，纯钛丝沉积形成连接相，TC4丝材沉积形成基底相，控制沉积时同种丝材间的使两沉积道之间的搭接率为50％-58％，不同种丝材间的搭接率为40％-45％，并对每层每焊道进行小束流7mA的电子束扫描，且在不同沉积层或不同沉积层的沉积道之间形成纵向及横向的交替，完成多层多道实体的增材制造。
2.根据权利要求1所述的纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法，其特征在于，所述的多层多道实体为十层焊层十五道沉积道。
3.一种纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，对TC4基板进行预处理，并设置TC4丝材和纯钛丝；
步骤2，抽取真空，设定参数：电子束加速电压、聚焦电流、束流、送丝速度、工作台运动速度；
步骤3，设定电子束流为30mA-40mA，聚焦电流为860mA，加速电压为60KV，运动速度为5mm/s，束流上升、下降时间为1.5s；送丝速度为15mm/s；使TC4丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，送丝角度为60°，丝材距离TC4基板的高度为2mm，进行第一层第一道TC4丝材基底相沉积，记为1-1；
步骤4，设定电子束流：30mA-40mA，聚焦电流860mA，加速电压：60KV，运动速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s；送丝速度：15mm/s；使TC4丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，调整位置，使丝材距离基板的高度为2mm，与步骤3的沉积层的使两沉积道之间的搭接率为50％-58％，紧挨第一层第一道丝材沉积TC4，对焊道进行小束流7mA的电子束扫描，进行第一层第二道TC4丝材基底相沉积，记为1-2；
步骤5，重复步骤4，直至完成第一层第三道至第一层第十道的TC4丝材沉积；
步骤6，设定电子束流：20mA-30mA，聚焦电流860mA，加速电压：60KV，运动速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s，送丝速度：15mm/s；使丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，移动真空室内的操作台至第一层第一道的位置坐标处，送丝角度为60°，丝材距离第一层第一道沉积层的中心线位置高度为1.5mm，并在第一层第一道TC4丝材基底相上，进行第二层第一道沉积纯钛丝连接相沉积，记为2-1；
步骤7，设定电子束流：20mA-30mA，聚焦电流860mA，加速电压：60KV，运动速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s；送丝速度：15mm/s；使丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，与2-1的沉积层之间的使两沉积道之间的搭接率为50％-58％，紧挨进行第二层第一道丝材沉积，对焊道进行小束流7mA的电子束扫描，进行第二层第二道纯钛丝连接相沉积，记为2-2；
步骤8，重复步骤7，直至完成第二层第三道至第二层第十道的纯钛丝连接相沉积；
步骤9，在第二层纯钛丝连接相沉积层上重复步骤3-5完成第三层TC4丝材基底相沉积；
步骤10，重复上述步骤直至完成十五层，形成层与层之间两种材料的交错沉积，最终形成十五层十道沉积道的实体。
4.一种纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，对TC4基板进行预处理，并分别安装TC4丝材和纯钛丝，进行调试；
步骤2，抽取真空，设定熔积速度参数：电子束加速电压、聚焦电流、束流、送丝速度、工作台运动速度；
步骤3，设定电子束流为30mA-40mA，聚焦电流为860mA，加速电压为60KV，运动速度为5mm/s，束流上升、下降时间为1.5s；送丝速度为15mm/s；使丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，送丝角度为60°，丝材距离TC4基板的高度为2mm，进行第一层第一道基底相TC4丝材沉积，记为1-1；
步骤4，设定电子束流：20mA-30mA，聚焦电流860mA，加速电压：60KV，运动速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s，送丝速度：15mm/s；使丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，使丝材距离基板的高度为2mm，并使新的沉积层与1-1沉积层之间的搭接率为40％-45％，对第一层第二道丝材纯钛丝连接相沉积，记为1-2，对焊道进行小束流7mA的电子束扫描；
步骤5，重复步骤3-4，直至完成第一层第三道至第一层第十道的丝材的交错沉积；
步骤6，设定电子束流：20mA-30mA，聚焦电流860mA，加速电压：60KV，运动速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s，送丝速度：15mm/s；使丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，移动真空室内的操作台至1-1位置坐标处，送丝角度为60°，丝材距离第一层第一道沉积层的中心线位置高度为1.5mm，并在第一层第一道TC4丝材基底相上，进行第二层第一道沉积纯钛丝连接相沉积，记为2-1；
步骤7，设定电子束流为30mA-40mA，聚焦电流为860mA，加速电压为60KV，运动速度为5mm/s，束流上升、下降时间为1.5s；送丝速度为15mm/s；使丝材位于电子束斑点下方，采取束后送丝，调整位置，与2-1的沉积层之间的搭接率为40％-45％，紧挨进行第二层第一道丝材沉积，对焊道进行小束流7mA的电子束扫描，进行第二层第二道基底相TC4丝材沉积；记为2-2；
步骤8，重复步骤6-7，直至完成第二层第三道至第二层第十道的丝材的沉积；
步骤9，在第二层沉积层上重复上述步骤完成十五层，形成十五层焊层十道沉积道的实体。
5.根据权利要求3或4所述的一种纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法，其特征在于，步骤1中，所述的增材制造前预处理步骤为：
步骤1.1，使用280#、400#、600#目数砂纸去除TC4基板面区域表面氧化层，并使用丙酮进行表面油污清理；
步骤1.2，分别安装TC4钛合金丝材与纯钛丝材，进行送丝调试工作。
6.根据权利要求3或4所述的一种纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法，其特征在于，步骤2中，所述的枪真空、室真空度分别达到8E-3、7E-2。
7.根据权利要求3或4所述的一种纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法，其特征在于，步骤2中，设定的参数为：TC4钛合金丝材的电子束聚焦电流860mA，加速电压：60KV，电子束流：30mA-40mA，灯丝电流400mA-450mA，送丝速度：15mm/s；纯钛丝材的电子束流：20mA-30mA，聚焦电流860mA，加速电压：60KV，运动速度：5mm/s，束流上升、下降时间：1.5s，送丝速度：15mm/s控制沉积时同种丝材间的使两沉积道之间的搭接率为50％-58％，不同种丝材间的搭接率40％-45％。
8.根据权利要求1、3或4所述的一种纯钛和钛合金的电子束熔丝增材制造方法，其特征在于，所述的TC4钛合金质量百分组成为：Ti：89.12％、Al：6.42％、V：4.30％、Fe：0.05％、C：0.03％；纯钛质量百分组成为：Ti：≥99.8％、Fe：0.095％，O：0.08％。
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108486513A (zh) * 2018-03-08 2018-09-04 上海工程技术大学 一种TiBw/TC4复合材料表面纳米重熔层及其制备方法
CN108500263A (zh) * 2018-03-30 2018-09-07 南京航空航天大学 一种仿生贝壳结构钛基复合材料的快速成形方法
CN108857148A (zh) * 2018-07-20 2018-11-23 北京理工大学 一种电弧增材制造用钛合金丝材及其应用
CN109277675A (zh) * 2018-10-31 2019-01-29 南京理工大学 基于等离子熔丝增材的高强度ta18钛合金构件制备方法
CN109465530A (zh) * 2018-11-20 2019-03-15 清华大学 一种电子束熔丝沉积增材制造实时监控方法
CN109514067A (zh) * 2018-10-31 2019-03-26 南京理工大学 基于电子束熔丝增材的高强度ta18钛合金构件制备方法
CN109986169A (zh) * 2019-04-24 2019-07-09 南京英尼格玛工业自动化技术有限公司 一种基于mig/mag热源的双金属电弧增材制造方法
CN110773837A (zh) * 2019-11-11 2020-02-11 北京理工大学 一种钛合金高精度电弧增材制造工艺
CN111417486A (zh) * 2017-11-29 2020-07-14 株式会社神户制钢所 层叠造型物的设计方法、制造方法、制造装置、以及程序
CN113600993A (zh) * 2021-09-01 2021-11-05 浙江智熔增材制造技术有限公司 一种丝材在网片模组上熔覆金属实体的方法
CN114131040A (zh) * 2021-08-22 2022-03-04 南京理工大学 一种小比例软材增材成形构件增材制造方法
CN114855162A (zh) * 2022-04-27 2022-08-05 江苏大学 一种超高速激光沉积成形高性能交叉编织合金的方法
CN114932383A (zh) * 2022-06-28 2022-08-23 西安泰金工业电化学技术有限公司 一种电解铜箔用无缝阴极辊钛筒的制造方法
CN115533120A (zh) * 2022-10-17 2022-12-30 南京联空智能增材研究院有限公司 一种仿生结构钛合金双束电子束双丝的增材方法
CN117300318A (zh) * 2023-11-29 2023-12-29 陕西鼎益科技有限公司 一种熔池中间过渡多环形覆熔增材打印方法及系统

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111417486A (zh) * 2017-11-29 2020-07-14 株式会社神户制钢所 层叠造型物的设计方法、制造方法、制造装置、以及程序
CN108486513A (zh) * 2018-03-08 2018-09-04 上海工程技术大学 一种TiBw/TC4复合材料表面纳米重熔层及其制备方法
CN108500263A (zh) * 2018-03-30 2018-09-07 南京航空航天大学 一种仿生贝壳结构钛基复合材料的快速成形方法
CN108857148A (zh) * 2018-07-20 2018-11-23 北京理工大学 一种电弧增材制造用钛合金丝材及其应用
CN109277675A (zh) * 2018-10-31 2019-01-29 南京理工大学 基于等离子熔丝增材的高强度ta18钛合金构件制备方法
CN109514067A (zh) * 2018-10-31 2019-03-26 南京理工大学 基于电子束熔丝增材的高强度ta18钛合金构件制备方法
CN109465530A (zh) * 2018-11-20 2019-03-15 清华大学 一种电子束熔丝沉积增材制造实时监控方法
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CN109986169A (zh) * 2019-04-24 2019-07-09 南京英尼格玛工业自动化技术有限公司 一种基于mig/mag热源的双金属电弧增材制造方法
CN110773837A (zh) * 2019-11-11 2020-02-11 北京理工大学 一种钛合金高精度电弧增材制造工艺
CN114131040A (zh) * 2021-08-22 2022-03-04 南京理工大学 一种小比例软材增材成形构件增材制造方法
CN113600993A (zh) * 2021-09-01 2021-11-05 浙江智熔增材制造技术有限公司 一种丝材在网片模组上熔覆金属实体的方法
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CN114855162A (zh) * 2022-04-27 2022-08-05 江苏大学 一种超高速激光沉积成形高性能交叉编织合金的方法
CN114855162B (zh) * 2022-04-27 2023-12-15 江苏大学 一种超高速激光沉积成形高性能交叉编织合金的方法
CN114932383A (zh) * 2022-06-28 2022-08-23 西安泰金工业电化学技术有限公司 一种电解铜箔用无缝阴极辊钛筒的制造方法
CN115533120A (zh) * 2022-10-17 2022-12-30 南京联空智能增材研究院有限公司 一种仿生结构钛合金双束电子束双丝的增材方法
CN117300318A (zh) * 2023-11-29 2023-12-29 陕西鼎益科技有限公司 一种熔池中间过渡多环形覆熔增材打印方法及系统
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