CN112404455A - 一种钛合金表面氮化层的激光修复方法 - Google Patents
一种钛合金表面氮化层的激光修复方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112404455A CN112404455A CN202011221971.0A CN202011221971A CN112404455A CN 112404455 A CN112404455 A CN 112404455A CN 202011221971 A CN202011221971 A CN 202011221971A CN 112404455 A CN112404455 A CN 112404455A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium alloy
- laser
- area
- nitride layer
- processed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 238000010309 melting process Methods 0.000 claims description 5
- 230000008439 repair process Effects 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 abstract description 7
- 230000002950 deficient Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 37
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000001856 aerosol method Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
- B22F3/1007—Atmosphere
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
本发明结合选区激光熔化技术和激光气体氮化技术提出一种针对钛合金表面氮化层修复的方法，完成修复后区域无裂纹，且与相临氮化层和基体之间有良好的冶金结合；本发明首先对存在缺陷的氮化层区域进行铣削加工，在加工后的凹槽处预置钛合金粉末，利用小光斑激光器辐照待加工区域，同时沿着工件表面提供一定浓度的氮气源，使钛合金粉末熔化再凝固为金属实体的同时进行气体氮化，以达到填补铣削加工区域并修复氮化层的目的。
Description
技术领域
本发明属于氮化层的修复方法，具体涉及一种用于钛合金表面氮化层的激光修复方法。
背景技术
钛合金具有比强度高、抗腐蚀性能好等优点。在钛合金表面制备氮化层是通过一定的加工方法，使氮元素从待加工工件表面向内扩散，最终形成一层具有高熔点、高硬度、高温化学稳定性及良好耐磨导热性的氮化层。当钛合金材料的工件面对恶劣的工作环境时，制备这层氮化强化层是补强其性能的一种表面防护手段。而通常制备这类氮化层的加工方法一般为固体氮化和激光气体氮化，后者相对前者来说有着更高的渗氮效率，并且能对氮化的区域进行选择性的控制。
针对此种表面有氮化层保护层的钛合金工件，在高使用频率，长工作时间的环境下，表面涂层不可避免的会出现磨损、裂纹等缺陷，最终导致部分区域涂层失效，对该部分的基体零件性能造成损伤。现通过此种选区性的氮化层激光修复方法，可以保证完整修复已损伤的氮化层，并使其达到良好的冶金结合，极大地延长此种含氮化层钛合金工件的使用寿命。
发明内容
针对此种钛合金工件表面氮化层出现缺陷的情况，本发明提供了一种钛合金表面氮化层激光修复的方法。本发明首先在已存在缺陷的钛合金表面氮化层区域进行铣削加工，直至完全去除掉缺陷部位，然后在已铣削部位铺设预置钛合金粉末，平行氮化层表面送氮气、氩气混合工作气体，利用激光作用使粉层凝固为实体，填补铣削加工区域的同时，制备出所需的氮化层。
本发明的技术方案如下：
一种钛合金表面氮化层的激光修复方法，所述方法包括如下步骤：
(1)前处理：铣削去除钛合金工件表面氮化层的缺陷区域，然后清洗，晾干，即为待加工区域；
优选的，相对于工件原有表面，控制每次铣削深度为0.2～0.4mm，铣削完成后进行探伤，保证待加工区域已无裂纹；如探伤后仍有缺陷，则继续铣削，直至去除表面划伤、裂纹等缺陷，获得平整的待加工区域，然后用乙醇对待加工区域进行清洗并晾干；
所述钛合金为Ti-6Al-4V，成分为Al：5.5～6.8％；V：3.5～4.5％；Fe≤0.3％；C≤0.1％；H≤0.015％；N≤0.05％；O≤0.2％；余量为Ti；
(2)激光加工：在待加工区域铺设预置钛合金粉末，对粉末层进行选区激光熔化，同时提供氮气源，使粉末层在成形的过程中同时生成氮化层；
优选的，单次铺设的粉末层厚度在0.1～0.2mm；
所述钛合金粉末为Ti-6Al-4V，成分为Al：5.5～6.8％；V：3.5～4.5％；Fe≤0.3％；C≤0.1％；H≤0.015％；N≤0.05％；O≤0.2％；余量为Ti；所述钛合金粉末为气雾法制成的球状粉末，粒径为45～106μm，粉末纯度为99.9％，使用前在120℃的真空干燥箱中烘干120min；
所述选区激光熔化的工艺中，激光器焦距为510～530mm，激光功率300～500W，线间距0.16～0.28mm，扫描速度100～300mm/s；所述激光器为振镜连续光纤激光器；
激光加工过程中在平行工件表面方向同步送氮气源，所述氮气源为氮气、氩气的混合工作气体，其中，氮气占混合工作气体的比例意味着氮化程度，按实际情况调整；
优选重复激光加工步骤直至修复区域高于原有表面0～0.2mm；
(3)后处理：对修复区域进行磨削处理，除去高于原有氮化层的区域，使加工部分恢复原有尺寸精度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.修复区域与工件、与氮化层都能达到良好的冶金结合。
2.所有过程无需在密封环境下进行，加工环境要求低，加工过程效率高。
3.修复的氮化层无裂纹缺陷，且其耐磨耐蚀性及高温化学稳定性都能达到原有需求，能良好替代原有氮化层的保护作用，使用较低成本延长工件的使用寿命。
附图说明
图1本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
粉末选择：铺设的预置粉末为采用气雾法制粉工艺制备而成的Ti-6Al-4V钛合金粉末，成分为(Al：5.5～6.8％；V：3.5～4.5％；Fe≤0.3％；C≤0.1％；H≤0.015％；N≤0.05％；O≤0.2％；余量为Ti)，粒径为45～106μm，粉末形貌为球形。
激光器选择：IPG连续光纤激光器型号YLR-1500-MM-WC。
前处理：铣削去除钛合金工件表面氮化层的缺陷区域，假设相对于工件原有表面铣削深度为0.4mm后探伤已无裂纹，用乙醇对待加工区域进行清洗并晾干。
后处理：对修复区域进行磨削处理，除去高于原有氮化层的区域，使加工部分恢复原有尺寸精度。
实施例一
激光加工：在待加工区域铺设预置钛合金粉末，单次铺设的粉末层厚度在0.1mm。选区激光熔化的工艺中激光器焦距为520mm，激光功率300W，线间距0.16mm，扫描速度100mm/s，扫描策略为往复扫描。重复5次铺粉及激光加工步骤。激光加工过程中在平行工件表面方向同步送氮气、氩气的混合工作气体，混合气体的总流量在15L/min。其中，氮气占混合气体的比例在自下而上的加工层中依次为20％、20％、40％、80％、40％。
实施例二
激光加工：在待加工区域铺设预置钛合金粉末，单次铺设的粉末层厚度在0.15mm。选区激光熔化的工艺中激光器焦距为520mm，激光功率400W，线间距0.22mm，扫描速度200mm/s。重复3次铺粉及激光加工步骤。激光加工过程中在平行工件表面方向同步送氮气、氩气的混合工作气体,混合气体的总流量在15L/min。其中，氮气占混合气体的比例在自下而上的加工层中依次为20％、40％、80％。
实施例三
激光加工：在待加工区域铺设预置钛合金粉末，单次铺设的粉末层厚度在0.2mm。选区激光熔化的工艺中激光器焦距为520mm，激光功率500W，线间距0.28mm，扫描速度100mm/s。重复3次铺粉及激光加工步骤直。激光加工过程中在平行工件表面方向同步送氮气、氩气的混合工作气体,混合气体的总流量在15L/min。其中，氮气占混合气体的比例在自下而上的加工层中依次为20％、80％、40％。
Claims (5)
1.一种钛合金表面氮化层的激光修复方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)前处理：铣削去除钛合金工件表面氮化层的缺陷区域，然后清洗，晾干，即为待加工区域；
(2)激光加工：在待加工区域铺设预置钛合金粉末，对粉末层进行选区激光熔化，同时提供氮气源，使粉末层在成形的过程中同时生成氮化层；
所述选区激光熔化的工艺中，激光器焦距为510～530mm，激光功率300～500W，线间距0.16～0.28mm，扫描速度100～300mm/s；所述激光器为振镜连续光纤激光器；
激光加工过程中在平行工件表面方向同步送氮气源，所述氮气源为氮气、氩气的混合工作气体；
(3)后处理：对修复区域进行磨削处理，除去高于原有氮化层的区域，使加工部分恢复原有尺寸精度。
2.如权利要求1所述钛合金表面氮化层的激光修复方法，其特征在于，步骤(1)中，相对于工件原有表面，控制每次铣削深度为0.2～0.4mm，铣削完成后进行探伤，保证待加工区域已无裂纹；如探伤后仍有缺陷，则继续铣削，直至去除表面缺陷，获得平整的待加工区域，然后用乙醇对待加工区域进行清洗并晾干。
3.如权利要求1所述钛合金表面氮化层的激光修复方法，其特征在于，步骤(1)中所述钛合金为Ti-6Al-4V，步骤(2)中所述钛合金粉末为Ti-6Al-4V，所述Ti-6Al-4V成分为Al：5.5～6.8％；V：3.5～4.5％；Fe≤0.3％；C≤0.1％；H≤0.015％；N≤0.05％；O≤0.2％；余量为Ti。
4.如权利要求1所述钛合金表面氮化层的激光修复方法，其特征在于，步骤(2)中，单次铺设的粉末层厚度在0.1～0.2mm。
5.如权利要求1所述钛合金表面氮化层的激光修复方法，其特征在于，步骤(2)重复激光加工步骤直至修复区域高于原有表面0～0.2mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011221971.0A CN112404455A (zh) | 2020-11-05 | 2020-11-05 | 一种钛合金表面氮化层的激光修复方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011221971.0A CN112404455A (zh) | 2020-11-05 | 2020-11-05 | 一种钛合金表面氮化层的激光修复方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112404455A true CN112404455A (zh) | 2021-02-26 |
Family
ID=74827847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011221971.0A Pending CN112404455A (zh) | 2020-11-05 | 2020-11-05 | 一种钛合金表面氮化层的激光修复方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112404455A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210039164A1 (en) * | 2019-08-09 | 2021-02-11 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Laser Assisted, Selective Chemical Functionalization of Laser Beam Powder Bed Fusion Fabricated Metals and Alloys to Produce Complex Structure Metal Matrix Composites |
| CN114769361A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-22 | 同方江新造船有限公司 | 一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法 |
| CN114918542A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-08-19 | 南京理工大学 | 一种高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107475662A (zh) * | 2017-07-19 | 2017-12-15 | 广西大学 | 一种钛合金表面低激光功率制备TiN梯度涂层的方法 |
| US20170368640A1 (en) * | 2015-01-14 | 2017-12-28 | Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh | Device for the additive production of three-dimensional components |
| CN107737932A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-02-27 | 西北工业大学 | 一种钛或钛合金选区强化的一体化激光增材制造方法 |
| CN109295453A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-02-01 | 浙江工业大学 | 一种钢表面制备氮化钛涂层的方法 |
| CN111005017A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-14 | 浙江工业大学 | 一种激光复合冷喷涂原位氮化强化方法及冷喷涂装置 |
| CN111005015A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-14 | 浙江工业大学 | 一种钢表面冷喷涂/激光气体氮化复合制备梯度涂层的方法 |
-
2020
- 2020-11-05 CN CN202011221971.0A patent/CN112404455A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170368640A1 (en) * | 2015-01-14 | 2017-12-28 | Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh | Device for the additive production of three-dimensional components |
| CN107475662A (zh) * | 2017-07-19 | 2017-12-15 | 广西大学 | 一种钛合金表面低激光功率制备TiN梯度涂层的方法 |
| CN107737932A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-02-27 | 西北工业大学 | 一种钛或钛合金选区强化的一体化激光增材制造方法 |
| CN109295453A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-02-01 | 浙江工业大学 | 一种钢表面制备氮化钛涂层的方法 |
| CN111005015A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-14 | 浙江工业大学 | 一种钢表面冷喷涂/激光气体氮化复合制备梯度涂层的方法 |
| CN111005017A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-04-14 | 浙江工业大学 | 一种激光复合冷喷涂原位氮化强化方法及冷喷涂装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 姚建华: "《激光表面改性技术及其应用》", 31 January 2012, 国防工业出版社 * |
| 童庆等: "预置 Ti 粉对激光氮化TC4涂层组织及性能的影响", 《中国表面工程》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210039164A1 (en) * | 2019-08-09 | 2021-02-11 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Laser Assisted, Selective Chemical Functionalization of Laser Beam Powder Bed Fusion Fabricated Metals and Alloys to Produce Complex Structure Metal Matrix Composites |
| CN114918542A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-08-19 | 南京理工大学 | 一种高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法 |
| CN114918542B (zh) * | 2022-03-04 | 2024-04-19 | 南京理工大学 | 一种高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法 |
| CN114769361A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-22 | 同方江新造船有限公司 | 一种应用于船用高强度铝合金材料的激光热能矫正方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112404455A (zh) | 一种钛合金表面氮化层的激光修复方法 | |
| CN107723699B (zh) | 一种修复耐热合金的方法 | |
| CN105436707B (zh) | 一种电磁感应同步预热辅助的基于激光増材制造的连接方法 | |
| CN105177569A (zh) | 一种球磨铸铁表面激光修复方法 | |
| CN102373468A (zh) | 宽带激光感应复合熔覆修复与表面强化模具的方法 | |
| WO2021128841A1 (zh) | 一种激光复合冷喷涂原位氮化强化方法及冷喷涂装置 | |
| CN103451650A (zh) | 一种大型旋转机械轴瓦激光快速修复工艺方法 | |
| CN108707894A (zh) | 一种激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料及工艺方法 | |
| CN112981387A (zh) | 一种激光辅助低压冷喷涂制备氧化铝增强铜基耐磨导热导电涂层的方法 | |
| CN111826650B (zh) | 一种激光熔覆复合粉末及熔覆方法 | |
| CN109207905B (zh) | 基于扫描振镜的激光氮化分区制备钛合金叶片防水蚀层的方法及装置 | |
| CN108544055B (zh) | 用于气缸盖燃烧室凹槽内58％镍基合金的全自动堆焊方法 | |
| CN110899695A (zh) | 一种激光增材制造微弧火花MCrAlY电极的方法 | |
| CN110039263A (zh) | 一种用于超高速激光熔覆层的豪克能加工工艺 | |
| CN109252161A (zh) | 一种激光熔块修复中碳调质钢缺陷的方法 | |
| CN114481125A (zh) | 一种5系铝合金激光修复工艺及使用的Al-Mg-Sc-Zr粉末的制备方法 | |
| CN114250459A (zh) | 一种超音速激光沉积微喷丸的方法及喷涂装置 | |
| CN106270876A (zh) | 一种铝锂合金和钛合金电子束熔钎焊接方法 | |
| CN107805809A (zh) | 一种汽车模具表面涂膜修复工艺 | |
| CN111005015A (zh) | 一种钢表面冷喷涂/激光气体氮化复合制备梯度涂层的方法 | |
| CN113369728B (zh) | 钛合金大型复杂结构构件的制造方法 | |
| US6297466B1 (en) | Method for repairing steel spray-formed tooling with TIG welding process | |
| CN104046983A (zh) | 钛合金薄壁叶片激光熔覆低应力局部定向冷却修复方法 | |
| CN114515837B (zh) | 一种单晶涡轮叶片叶尖的激光选区熔化修复方法 | |
| CN109128135B (zh) | 一种自熔合金粉末及钛合金叶片脉冲激光再制造成形工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210226 |