CN114367743A - 电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的电弧+激光耦合调控的钛‑钢梯度结构材料，包括电弧焊接用过渡层焊丝和激光熔覆用合金粉末；改材料专门用于解决钛‑钢异种结构的制备过程中冶金不相容导致的开裂问题。本发明公开的电弧+激光耦合调控的钛‑钢梯度结构材料的制备方法及一种电弧+激光耦合调控的钛‑钢梯度结构的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，具体涉及一种电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料，还涉及一种电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料的制备方法及一种电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构的制备方法。
背景技术
异种金属连接结构由于同时兼有几种金属优异的性能，是当今工业发展的方向。钛-钢异种结构既有钛优异耐腐蚀性能，又具有钢高强度、低成本的特点，备受工程实际青睐。目前，钛-钢异种结构制备方法主要有爆炸焊接，搅拌摩擦焊，扩散焊。爆炸焊主要制备大面积的层状复合结构，其灵活性较差；搅拌摩擦焊对接头的尺寸要求较高，且不适合复杂形貌的接头制备；扩散焊要求在真空中进行，真空腔的尺寸限制了钛-钢异种结构的尺寸。因此，探索灵活、高质量的钛-钢异种结构制备方法至关重要。
熔化焊通常指采用电弧为热源，将焊接材料和部分母材熔化形成接头的焊接方法。熔化焊操作灵活，设备简单，实用性强，是制备异种金属结构最合适的方法。但是采用熔化焊方式制备钛-钢复合结构时，由于钛和钢之间会生成脆性的金属间化合物，在工艺上进行严格控制外，还需要借助过渡层材料，实现两者的高质量冶金连接。
本发明为实现钛-钢复合结构的制备，采用电弧+激光耦合的方式进行，与此同时，开发过渡层焊接材料，实现两者的梯度复合。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料，专门用于解决钛-钢异种结构的制备过程中冶金不相容导致的开裂问题。
本发明的第二个目的是提供一种电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料的制备方法。
本发明的第三个目的是提供电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构的制备方法。
本发明所采用的第一个技术方案是，电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料，包括电弧焊接用过渡层焊丝和激光熔覆用合金粉末；
其中，电弧焊接用过渡层焊丝，包括药粉和焊皮，其中药粉按质量百分比包括如下成分：Co粉50.0～60.0％，Ag粉10.0～20.0％，B粉5.0～10.0％，Si粉5.0～10.0％，石墨烯0.01～0.05％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％；药粉的粒度均为100～200目；焊皮为紫铜带，厚度0.4mm，宽度7mm；
激光熔覆用合金粉末，按质量百分比包括如下成分：Cu粉60.0～70.0％，Co粉10.0～20.0％，Ag粉10.0～20.0％，V粉5.0～10.0％，以上组分质量百分比之和为100％；各原料组分合金粉末的纯度均≥99％。
本发明的特征还在于，
电弧焊接用过渡层焊丝的填充率控制在20～25wt.％。
本发明所采用的第二个技术方案是，电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料的制备方法，
(1)电弧焊接用过渡层焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Co粉50.0～60.0％，Ag粉10.0～20.0％，B粉5.0～10.0％，Si粉5.0～10.0％，石墨烯0.01～0.05％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为250～300℃，保温时间为2～4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2～4h；
步骤3：采用紫铜带为焊皮，采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝。
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用；
(2)激光熔覆用合金粉末的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cu粉60.0～70.0％，Co粉10.0～20.0％，Ag粉10.0～20.0％，V粉5.0～10.0％，以上各组分重量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1各原料合金粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉；
步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，使筛分后的合金粉末在一定的粒度范围内；
步骤4：对制备的粉末进行真空包装，待用。
本发明的特征还在于，
激光熔覆用合金粉末的制备方法中：步骤2中，采用真空熔炼设备，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间。
激光熔覆用合金粉末的制备方法中：步骤3中，筛分后的合金粉末的粒度范围为25～53μm，即270～500目；筛分后的合金粉末的流动性要求为25～40s/100g。
本发明所采用的第三个技术方案是，电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构的制备方法，采用制备的电弧焊接用过渡层焊丝和激光熔覆用合金粉末在钢焊缝上进行电弧堆焊，具体步骤如下：
(1)用钢丝刷打磨钢板，用酒精、丙酮等有机溶剂去除钢板上的油污；
(2)选择ER50-6焊丝进行钢层的电弧堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为10～12mm；堆焊过程控制层间温度在100℃以下，以保证堆焊层的尺寸精度；
(3)采用制备的电弧焊接用过渡层焊丝在钢层上进行堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为2～3mm，堆焊过程控制层间温度在100～200℃之间，保证铜基焊丝较好的流动性，得到铜基过渡层；接着选择制备的激光熔覆用合金粉末在上述铜基过渡层上的激光熔覆制备，得到激光熔覆过渡层，激光熔覆过渡层厚度为1～2mm；
(4)最后采用ERTi-1焊丝在上述激光熔覆过渡层上进行电弧堆焊，制备钛层，焊接电流为150～200A，堆焊层厚度为10～12mm；由于纯镍焊丝流动性较差，因此层间温度控制在100℃以下，以保证钛层较好的保护效果。
本发明的有益效果是：
(1)本发明适用于钛-钢复合结构的电弧增材制造用，针对Ti和Fe之间容易生成脆性Fe-Ti金属间化合物的问题，采用双过渡层的思路，即铜基焊丝过渡层和Cu基激光熔覆层，从而充分解决电弧增材制备过程中钛、钢直接的组织连接问题。
(2)本发明采用的铜基过渡层焊丝，添加了Co、Ag、B、Si等多种元素，耦合调控过渡层焊缝组织和性能。添加了石墨烯，可有效提高过渡层的强度。
(3)本发明采用的激光熔覆合金粉末，添加了Cu、Co、Ag、V等元素。其中Cu、Co、Ag元素是过渡层焊丝的主要添加元素，在激光熔覆层中同样采用这些元素，可以保证激光熔覆层与焊丝过渡层较好的冶金结合。激光熔覆粉末中添加了与Ti亲和力较强的V元素，可以保证激光熔覆层与上面钛层较高的结合强度。
(4)本发明在进行过渡层制备时，采用较好的焊接热输入，减小母材对过渡层的稀释，并保证过渡层对两侧Ti和Fe之间的完全阻断。
附图说明
图1本发明中采用的电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构制备方法示意图。
图2为使用实施例2制备的钛-钢梯度结构的焊丝过渡层显微组织。
图3为使用实施例2制备的钛-钢梯度结构的激光熔覆过渡层显微组织。
图4为实施例2制备的药芯焊丝进行钛-钢复合结构电弧增材制备中梯度层的显微组织。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料，包括电弧焊接用过渡层焊丝和激光熔覆用合金粉末；
其中，电弧焊接用过渡层焊丝，包括药粉和焊皮，其中药粉按质量百分比包括如下成分：Co粉50.0～60.0％，Ag粉10.0～20.0％，B粉5.0～10.0％，Si粉5.0～10.0％，石墨烯0.01～0.05％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％；药粉的粒度均为100～200目；焊皮为紫铜带，厚度0.4mm，宽度7mm；
激光熔覆用合金粉末，按质量百分比包括如下成分：Cu粉60.0～70.0％，Co粉10.0～20.0％，Ag粉10.0～20.0％，V粉5.0～10.0％，以上组分质量百分比之和为100％；各原料组分合金粉末的纯度均≥99％。
电弧焊接用过渡层焊丝的填充率控制在20～25wt.％。
电弧焊接用过渡层焊丝中主要合金组分的作用和功能如下：
焊丝中以Cu元素为主，根据Cu-Fe二元相图可知，Cu和底部钢焊缝(ER50-6)不生成脆性相，且根据现有的文献记载，铜和钢熔焊接头可以获得较好的性能。因此，本发明的过渡层焊丝采用Cu元素为主。
为了提高铜基焊缝的强韧性，本发明添加了Co合金元素，Co的添加可以充分保证熔池在高温下的抗氧化能力，从而提高其强度。
本发明还添加了Ag、B、Si元素，可以充分降低焊丝过渡层的熔点，从而减小与基体钢之间的熔合。B和Si元素还有起到提高焊丝过渡层与基体的润湿性的作用。
此外，本发明还添加了少量的石墨烯，起到提高焊丝过渡层强韧性的作用。
激光熔覆合金粉中主要合金组分的作用和功能如下：
激光熔覆粉末中以Cu元素为主，可以保证与底部铜基焊丝过渡层较好的冶金结合。另一方面，Cu和上面钛层之间可以获得相对较好的焊接结合强度。
激光熔覆粉末中添加了Co、Ag元素，这两种元素与焊丝过渡层中的元素一致，一方面可以进一步提高与底部焊丝过渡层的结合强度；另一方面由于Cu-Ag-Ti三元共晶的熔点较低、塑韧性较好，可以减小Cu-Ti金属间化合物的脆性，提高与上面钛层之间较好的结合。
激光熔覆粉末中添加了V元素，V和Ti之间不生成脆性相，且两者之间可以无限固溶，所以V元素的添加可以进一步巩固激光熔覆过渡层与上面钛层的结合强度。
本发明还提供一种电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料的制备方法，
(1)电弧焊接用过渡层焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Co粉50.0～60.0％，Ag粉10.0～20.0％，B粉5.0～10.0％，Si粉5.0～10.0％，石墨烯0.01～0.05％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为250～300℃，保温时间为2～4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2～4h；
步骤3：采用紫铜带为焊皮，采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝。
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用；
(2)激光熔覆用合金粉末的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cu粉60.0～70.0％，Co粉10.0～20.0％，Ag粉10.0～20.0％，V粉5.0～10.0％，以上各组分重量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1各原料合金粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉；
步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，使筛分后的合金粉末在一定的粒度范围内；
步骤4：对制备的粉末进行真空包装，待用。
激光熔覆用合金粉末的制备方法中：步骤2中，采用真空熔炼设备，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间。
激光熔覆用合金粉末的制备方法中：步骤3中，筛分后的合金粉末的粒度范围为25～53μm，即270～500目；筛分后的合金粉末的流动性要求为25～40s/100g。
本发明还提供一种电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构的制备方法，如图1所示，采用制备的电弧焊接用过渡层焊丝和激光熔覆用合金粉末在钢焊缝上进行电弧堆焊，包括依次设置的ER50-6层、铜基过渡层、激光熔覆过渡层及ERTi-1层，具体步骤如下：
(1)用钢丝刷打磨钢板，用酒精、丙酮等有机溶剂去除钢板上的油污；
(2)选择ER50-6焊丝进行钢层的电弧堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为10～12mm；堆焊过程控制层间温度在100℃以下，以保证堆焊层的尺寸精度；
(3)采用制备的电弧焊接用过渡层焊丝在钢层上进行堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为2～3mm，堆焊过程控制层间温度在100～200℃之间，保证铜基焊丝较好的流动性，得到铜基过渡层；接着选择制备的激光熔覆用合金粉末在上述铜基过渡层上的激光熔覆制备，得到激光熔覆过渡层，激光熔覆过渡层厚度为1～2mm；
(4)最后采用ERTi-1焊丝在上述激光熔覆过渡层上进行电弧堆焊，制备钛层，焊接电流为150～200A，堆焊层厚度为10～12mm；由于纯镍焊丝流动性较差，因此层间温度控制在100℃以下，以保证钛层较好的保护效果。
实施例1
电弧焊接用过渡层焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Co粉50.0％，Ag粉10.0％，B粉5.0％，Si粉5.0％，石墨烯0.01％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为250℃，保温时间为2h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2h；
步骤3：采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝。
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
其中，激光熔覆用合金粉末的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cu粉60.0％，Co粉20.0％，Ag粉10.0％，V粉10.0％，以上各组分重量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1各原料合金粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉；
步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，使筛分后的合金粉末在一定的粒度范围内。
步骤4：对制备的粉末进行真空包装，待用。
步骤2中，采用真空熔炼设备，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间。
步骤3中，筛分后的合金粉末的粒度范围为25～53μm，即270～500目。
筛分后的合金粉末的流动性要求为25～40s/100g。
电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构制备方法，具体步骤如下(如图1所示)：
(1)用钢丝刷打磨钢板，用酒精、丙酮等有机溶剂去除钢板上的油污；
(2)选择ER50-6焊丝进行钢层的电弧堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为10mm；堆焊过程控制层间温度在50℃，以保证堆焊层的尺寸精度；
(3)采用实施案例1制备的过渡层焊丝在钢层上进行堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为2mm，堆焊过程控制层间温度在100℃，保证铜基焊丝较好的流动性得到铜基过渡层；接着选择实施例1制备的激光熔覆用合金粉末在上述铜基过渡层上的激光熔覆制备，得到激光熔覆过渡层，激光熔覆过渡层厚度为1mm；
(4)最后采用ERTi-1焊丝在上述激光熔覆过渡层上进行电弧堆焊，制备钛层，焊接电流为150～200A，堆焊层厚度为10mm。由于纯镍焊丝流动性较差，因此层间温度控制在20℃，以保证钛层较好的保护效果。
经测试，钛-钢梯度结构的抗拉强度为447MPa。
实施例2
电弧焊接用过渡层焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Co粉60.0％，Ag粉20.0％，B粉10.0％，Si粉10.0％，石墨烯0.05％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为300℃，保温时间为4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为4h；
步骤3：采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝。
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
其中，激光熔覆用合金粉末的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cu粉70.0％，Co粉10.0％，Ag粉15.0％，V粉5.0％，以上各组分重量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1各原料合金粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉；
步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，使筛分后的合金粉末在一定的粒度范围内。
步骤4：对制备的粉末进行真空包装，待用。
步骤2中，采用真空熔炼设备，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间。
步骤3中，筛分后的合金粉末的粒度范围为25～53μm，即270～500目。
筛分后的合金粉末的流动性要求为25～40s/100g。
电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构制备方法，具体步骤如下(如图1所示)：
(1)用钢丝刷打磨钢板，用酒精、丙酮等有机溶剂去除钢板上的油污；
(2)选择ER50-6焊丝进行钢层的电弧堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为12mm；堆焊过程控制层间温度在8℃以，以保证堆焊层的尺寸精度；
(3)采用实施案例2制备的过渡层焊丝在钢层上进行堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为3mm，堆焊过程控制层间温度在200℃之间，保证铜基焊丝较好的流动性，得到铜基过渡层；接着选择实施例2制备的激光熔覆用合金粉末在上述铜基过渡层上的激光熔覆制备，得到激光熔覆过渡层，激光熔覆过渡层厚度为2mm；
(4)最后采用ERTi-1焊丝在上述激光熔覆过渡层上进行电弧堆焊，制备钛层，焊接电流为150～200A，堆焊层厚度为12mm。由于纯镍焊丝流动性较差，因此层间温度控制在30℃，以保证钛层较好的保护效果。
经测试，钛-钢梯度结构的抗拉强度为441MPa。
图2为使用实施例2制备的钛-钢梯度结构的焊丝过渡层显微组织。从图中可以看出，焊丝过渡层与底部ER50-6焊缝之间结合良好，未发现焊接缺陷。图3为使用实施例2制备的钛-钢梯度结构的激光熔覆过渡层显微组织。从图中可以看出，激光熔覆层显微组织主要以胞状树枝晶为主，未发现焊接缺陷。图4为实施例2制备的钛-钢梯度结构的拉伸断口，断裂位置在过渡层焊缝处，断口表面以轫窝+沿晶断裂为主。
实施例3
电弧焊接用过渡层焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Co粉55.0％，Ag粉15.0％，B粉8.0％，Si粉8.0％，石墨烯0.02％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为260℃，保温时间为3h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为3h；
步骤3：采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝。
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
其中，激光熔覆用合金粉末的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cu粉65.0％，Co粉15.0％，Ag粉12.0％，V粉8.0％，以上各组分重量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1各原料合金粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉；
步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，使筛分后的合金粉末在一定的粒度范围内。
步骤4：对制备的粉末进行真空包装，待用。
步骤2中，采用真空熔炼设备，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间。
步骤3中，筛分后的合金粉末的粒度范围为25～53μm，即270～500目。
筛分后的合金粉末的流动性要求为25～40s/100g。
电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构制备方法，具体步骤如下(如图1所示)：
(1)用钢丝刷打磨钢板，用酒精、丙酮等有机溶剂去除钢板上的油污；
(2)选择ER50-6焊丝进行钢层的电弧堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为11mm；堆焊过程控制层间温度在40℃，以保证堆焊层的尺寸精度；
(3)采用制备的过渡层焊丝在钢层上进行堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为2.5mm，堆焊过程控制层间温度在140℃之间，保证铜基焊丝较好的流动性，得到铜基过渡层；接着选择实施例3制备的激光熔覆用合金粉末在上述铜基过渡层上的激光熔覆制备，得到激光熔覆过渡层，激光熔覆过渡层厚度为1.5mm；
(4)最后采用ERTi-1焊丝在上述激光熔覆过渡层上进行电弧堆焊，制备钛层，焊接电流为150～200A，堆焊层厚度为11mm。由于纯镍焊丝流动性较差，因此层间温度控制在40℃，以保证钛层较好的保护效果。
经测试，钛-钢梯度结构的抗拉强度为452MPa。
实施例4
电弧焊接用过渡层焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Co粉53.0％，Ag粉13.0％，B粉6.0％，Si粉6.0％，石墨烯0.04％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为270℃，保温时间为2.5h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2.5h；
步骤3：采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝。
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
其中，激光熔覆用合金粉末的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cu粉61.0％，Co粉10.0％，Ag粉20.0％，V粉9.0％，以上各组分重量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1各原料合金粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉；
步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，使筛分后的合金粉末在一定的粒度范围内。
步骤4：对制备的粉末进行真空包装，待用。
步骤2中，采用真空熔炼设备，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间。
步骤3中，筛分后的合金粉末的粒度范围为25～53μm，即270～500目。
筛分后的合金粉末的流动性要求为25～40s/100g。
电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构制备方法，具体步骤如下(如图1所示)：
(1)用钢丝刷打磨钢板，用酒精、丙酮等有机溶剂去除钢板上的油污；
(2)选择ER50-6焊丝进行钢层的电弧堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为10.5mm；堆焊过程控制层间温度在70℃，以保证堆焊层的尺寸精度；
(3)采用制备的过渡层焊丝在钢层上进行堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为2.3mm，堆焊过程控制层间温度在180℃，保证铜基焊丝较好的流动性，得到铜基过渡层；接着选择实施例4制备的激光熔覆用合金粉末在上述铜基过渡层上的激光熔覆制备，得到激光熔覆过渡层，激光熔覆过渡层厚度为1.3mm；
(4)最后采用ERTi-1焊丝在上述激光熔覆过渡层上进行电弧堆焊，制备钛层，焊接电流为150～200A，堆焊层厚度为10.5mm。由于纯镍焊丝流动性较差，因此层间温度控制在70℃，以保证钛层较好的保护效果。
经测试，钛-钢梯度结构的抗拉强度为430MPa。
实施例5
电弧焊接用过渡层焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Co粉58.0％，Ag粉18.0％，B粉9.0％，Si粉9.0％，石墨烯0.03％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为280℃，保温时间为3.5h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为3.5h；
步骤3：采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝。
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
其中，激光熔覆用合金粉末的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cu粉63.0％，Co粉17.0％，Ag粉13.0％，V粉7.0％，以上各组分重量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1各原料合金粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉；
步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，使筛分后的合金粉末在一定的粒度范围内。
步骤4：对制备的粉末进行真空包装，待用。
步骤2中，采用真空熔炼设备，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间。
步骤3中，筛分后的合金粉末的粒度范围为25～53μm，即270～500目。
筛分后的合金粉末的流动性要求为25～40s/100g。
电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构制备方法，具体步骤如下(如图1所示)：
(1)用钢丝刷打磨钢板，用酒精、丙酮等有机溶剂去除钢板上的油污；
(2)选择ER50-6焊丝进行钢层的电弧堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为11.2mm；堆焊过程控制层间温度在60℃，以保证堆焊层的尺寸精度；
(3)采用制备的过渡层焊丝在钢层上进行堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为2.6mm，堆焊过程控制层间温度在190℃，保证铜基焊丝较好的流动性，得到铜基过渡层；接着选择实施例5制备的激光熔覆用合金粉末在上述铜基过渡层上的激光熔覆制备，得到激光熔覆过渡层，激光熔覆过渡层厚度为1.6mm；
(4)最后采用ERTi-1焊丝在上述激光熔覆过渡层上进行电弧堆焊，制备钛层，焊接电流为150～200A，堆焊层厚度为10.8mm。由于纯镍焊丝流动性较差，因此层间温度控制在70℃，以保证钛层较好的保护效果。
经测试，钛-钢梯度结构的抗拉强度为429MPa。
Claims (6)
1.电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料，其特征在于，包括电弧焊接用过渡层焊丝和激光熔覆用合金粉末；
其中，电弧焊接用过渡层焊丝，包括药粉和焊皮，其中药粉按质量百分比包括如下成分：Co粉50.0～60.0％，Ag粉10.0～20.0％，B粉5.0～10.0％，Si粉5.0～10.0％，石墨烯0.01～0.05％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％；
激光熔覆用合金粉末，按质量百分比包括如下成分：Cu粉60.0～70.0％，Co粉10.0～20.0％，Ag粉10.0～20.0％，V粉5.0～10.0％，以上组分质量百分比之和为100％。
2.根据权利要求1所述的电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料，其特征在于，电弧焊接用过渡层焊丝的填充率控制在20～25wt.％。
3.电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料的制备方法，其特征在于，
电弧焊接用过渡层焊丝的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Co粉50.0～60.0％，Ag粉10.0～20.0％，B粉5.0～10.0％，Si粉5.0～10.0％，石墨烯0.01～0.05％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为250～300℃，保温时间为2～4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为2～4h；
步骤3：采用紫铜带为焊皮，采用酒精去除紫铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在紫铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝。
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用；
激光熔覆用合金粉末的制备方法，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取Cu粉60.0～70.0％，Co粉10.0～20.0％，Ag粉10.0～20.0％，V粉5.0～10.0％，以上各组分重量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1各原料合金粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉；
步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，使筛分后的合金粉末在一定的粒度范围内；
步骤4：对制备的粉末进行真空包装，待用。
4.根据权利要求3所述的电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料的制备方法，其特征在于，激光熔覆用合金粉末的制备方法中：步骤2中，采用真空熔炼设备，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间。
5.根据权利要求3所述的电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构材料的制备方法，其特征在于，激光熔覆用合金粉末的制备方法中：步骤3中，筛分后的合金粉末的粒度范围为25～53μm，即270～500目；筛分后的合金粉末的流动性要求为25～40s/100g。
6.电弧+激光耦合调控的钛-钢梯度结构的制备方法，采用制备的电弧焊接用过渡层焊丝和激光熔覆用合金粉末在钢焊缝上进行电弧堆焊，其特征在于，具体步骤如下：
(1)用钢丝刷打磨钢板，去除钢板上的油污；
(2)选择ER50-6焊丝进行钢层的电弧堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为10～12mm；堆焊过程控制层间温度在100℃以下；
(3)采用制备的电弧焊接用过渡层焊丝在钢层上进行堆焊，焊接电流为180～200A，堆焊层厚度为2～3mm，堆焊过程控制层间温度在100～200℃之间，得到铜基过渡层；接着选择制备的激光熔覆用合金粉末在上述铜基过渡层上的激光熔覆制备，得到激光熔覆过渡层，激光熔覆过渡层厚度为1～2mm；
(4)最后采用ERTi-1焊丝在上述激光熔覆过渡层上进行电弧堆焊，制备钛层，焊接电流为150～200A，堆焊层厚度为10～12mm；层间温度控制在100℃以下。
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