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一种利用等离子 熔覆技术制备钛 合金工艺

阅读：646发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，包括以下步骤：S1：将钛粉放进真空干燥箱内进行干燥处理，干燥温度为110‑125℃，干燥时间为25‑35min，制得干燥的钛粉；S2：将干燥的钛粉放进筛板上进行筛分处理，制得均匀的钛粉，颗粒粒径为30‑45μm；S3：将基板放进炉内，以等离子弧作为热源。本发明以钛粉末为原料，在真空或者惰性气体保护环境下经过等离子焊接熔覆技术，使得钛粉末熔覆在铁板或者镍板等金属板上形成钛合金板，等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强优点，堆焊层具有结合强度高、组织致密、耐蚀及耐磨性好等优点。，下面是一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将钛粉放进真空干燥箱内进行干燥处理，干燥温度为110-125℃，干燥时间为25-
35min，制得干燥的钛粉；
S2：将干燥的钛粉放进筛板上进行筛分处理，制得均匀的钛粉，颗粒粒径为30-45μm；
S3：将基板放进炉内，以等离子弧作为热源，通过焊枪将等离子弧产生的高温将原料钛粉末与基体在真空或者高纯氩气保护环境下，表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，形成一层高性能的合金层，温度为1800-1900℃，制得钛合金坯料；
S4：将钛合金坯料在温度为150-200℃的条件下保温2-5h，完成退火，然后冷却；
S5：对冷却后的钛合金坯料的性能进行测试，测试合格即可制得钛合金。
2.根据权利要求1所述的一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，其特征在于，所述S1中，先将钛粉放进烘干盘中，打开真空干燥箱，将烘干盘放进真空干燥箱内，关闭箱门，开始升温，干燥温度为112-122℃，干燥时间为27-33min。
3.根据权利要求1所述的一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，其特征在于，所述S2中，将干燥后的钛粉放进筛板，启动筛分机，使筛板不断的进行左右晃动，制得均匀的钛粉，颗粒粒径为31-44μm，对筛板上剩余的钛粉进行收集。
4.根据权利要求1所述的一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，其特征在于，所述S3中，利用焊炬的钨极作为电流的负极和基体作为电流的正极之间产生的等离子体作为热量，在真空或者高纯氩气保护环境下，在并将热量转移至被焊接的基板表面，并向该热能区域送入焊接粉末钛粉，使钛粉熔化后沉积在被焊接基板表面。
5.根据权利要求1所述的一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，其特征在于，所述S3中，将基板放进炉内，以等离子弧作为热源，等离子弧分为非转移弧、转移弧和联合型电弧三种，三种电弧形式均是钨极接电源负极，通过焊枪将等离子弧产生的高温将原料钛粉末与基体在真空或者高纯氩气保护环境下，表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，形成一层高性能的合金层，温度为1810-1890℃，制得钛合金坯料。
6.根据权利要求1所述的一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，其特征在于，所述S4中，将钛合金坯料在温度为160-190℃的条件下保温2.5-4.5h，完成退火，然后冷却。
7.根据权利要求1所述的一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，其特征在于，所述S5中，对冷却后的钛合金坯料的耐腐蚀、耐磨和强度性能进行测试，测试合格即可制得钛合金。
8.根据权利要求1所述的一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，其特征在于，所述S3中，合金层的厚度为3-6mm，基板为铁板或镍板。
9.根据权利要求1所述的一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，其特征在于，所述S3中，在通入高纯氩气时，使用氩气检测仪对高纯氩气的浓度进行检测，当高纯氩气的浓度高度或低于预设值时，应及时进行调整。

说明书全文

一种利用等离子熔覆技术制备钛 合金工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及钛合金技术领域，尤其涉及一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺。

背景技术

[0002] 钛合金是一种新型的结构材料，具有质量轻、比强度高的特点，钛合金中的Ti6Al4V(TC4)是航空工业的主体材料，但其存在表面容易氧化，硬度小于600HV的特点。随着全球钛及钛合金制备加工技术的不断发展，钛合金越来越多地应用于航空航天、舰船、汽车、生物医疗、化工等行业。在航空方面，钛合金主要用于制作喷气式发动机压气机盘、叶片、喷管、起落架、机身蒙皮及紧固件等。

[0003] 当前世界上几乎所有的熔炼方法都采用了真空及冷坩埚技术，这是因为钛及钛合金的熔炼由于钛的活性高。熔炼方式可以按照熔化金属时热量来源方式分为外热式熔炼方法和内热式熔炼方法，其中外热式熔炼方法有自耗电极电弧炉、非自耗电极电弧炉、电子束炉、等离子弧炉，而内热式熔炼方法有感应熔炼，存在能耗高，程序复杂，成本高问题，因此我们提出了一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，用来解决上述问题。

发明内容

[0004] 基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺。

[0005] 本发明提出的一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，包括以下步骤：S1：将钛粉放进真空干燥箱内进行干燥处理，干燥温度为110-125℃，干燥时间为25-
35min，制得干燥的钛粉；
S2：将干燥的钛粉放进筛板上进行筛分处理，制得均匀的钛粉，颗粒粒径为30-45μm；
S3：将基板放进炉内，以等离子弧作为热源，通过焊枪将等离子弧产生的高温将原料钛粉末与基体在真空或者高纯氩气保护环境下，表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，形成一层高性能的合金层，温度为1800-1900℃，制得钛合金坯料；
S4：将钛合金坯料在温度为150-200℃的条件下保温2-5h，完成退火，然后冷却；
S5：对冷却后的钛合金坯料的性能进行测试，测试合格即可制得钛合金。

[0006] 优选地，所述S1中，先将钛粉放进烘干盘中，打开真空干燥箱，将烘干盘放进真空干燥箱内，关闭箱门，开始升温，干燥温度为112-122℃，干燥时间为27-33min。

[0007] 优选地，所述S2中，将干燥后的钛粉放进筛板，启动筛分机，使筛板不断的进行左右晃动，制得均匀的钛粉，颗粒粒径为31-44μm，对筛板上剩余的钛粉进行收集。

[0008] 优选地，所述S3中，利用焊炬的钨极作为电流的负极和基体作为电流的正极之间产生的等离子体作为热量，在真空或者高纯氩气保护环境下，在并将热量转移至被焊接的基板表面，并向该热能区域送入焊接粉末钛粉，使钛粉熔化后沉积在被焊接基板表面。

[0009] 优选地，所述S3中，将基板放进炉内，以等离子弧作为热源，等离子弧分为非转移弧、转移弧和联合型电弧三种，三种电弧形式均是钨极接电源负极，通过焊枪将等离子弧产生的高温将原料钛粉末与基体在真空或者高纯氩气保护环境下，表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，形成一层高性能的合金层，温度为1810-1890℃，制得钛合金坯料。

[0010] 优选地，所述S4中，将钛合金坯料在温度为160-190℃的条件下保温2.5-4.5h，完成退火，然后冷却。

[0011] 优选地，所述S5中，对冷却后的钛合金坯料的耐腐蚀、耐磨和强度性能进行测试，测试合格即可制得钛合金。

[0012] 优选地，所述S3中，合金层的厚度为3-6mm，基板为铁板或镍板。

[0013] 优选地，所述S3中，在通入高纯氩气时，使用氩气检测仪对高纯氩气的浓度进行检测，当高纯氩气的浓度高度或低于预设值时，应及时进行调整。

[0014] 本发明的有益效果：通过将钛粉放进真空干燥箱内进行干燥处理，然后将干燥的钛粉放进筛板上进行筛分处理，可以使得到的钛粉粒度更加均匀；通过将钛合金坯料在温度为150-200℃的条件下保温2-5h，完成退火，可以消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强优点；堆焊层具有结合强度高；组织致密，耐蚀及耐磨性好等优点；等离子弧是属于高温高能束流，电弧温度可达30000℃，功率密度在1.5×102～1.6×104W/mm2；本发明以钛粉末为原料，在真空或者惰性气体保护环境下经过等离子焊接熔覆技术，使得钛粉末熔覆在铁板或者镍板等金属板上形成钛合金板，等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强优点，堆焊层具有结合强度高、组织致密、耐蚀及耐磨性好等优点。

具体实施方式

[0015] 下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

[0016] 实施例一本实施例中提出了一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，包括以下步骤：
S1：将钛粉放进真空干燥箱内进行干燥处理，干燥温度为110℃，干燥时间为25min，制得干燥的钛粉；
S2：将干燥的钛粉放进筛板上进行筛分处理，制得均匀的钛粉，颗粒粒径为30μm；
S3：将基板放进炉内，以等离子弧作为热源，通过焊枪将等离子弧产生的高温将原料钛粉末与基体在真空或者高纯氩气保护环境下，表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，形成一层高性能的合金层，温度为1800℃，制得钛合金坯料；
S4：将钛合金坯料在温度为150℃的条件下保温2h，完成退火，然后冷却；
S5：对冷却后的钛合金坯料的性能进行测试，测试合格即可制得钛合金。

[0017] 等离子弧堆焊具有以下特点：堆焊熔覆合金层与工件基体呈冶金结合，结合强度高；堆焊熔覆速度快，低稀释率；堆焊层组织致密，成型美观；可在锈蚀及油污的金属零件表面不经复杂的前处理工艺，直接进行等离子堆焊；堆焊过程易实现机械化、自动化；与其他等离子喷焊相比设备构造简单，节能易操作，维修维护容易。

[0018] 等离子弧分为非转移弧、转移弧和联合型电弧三种，三种电弧形式均是钨极接电源负极，非转移型电弧指电弧形成于钨极与喷嘴之间，随着等离子气流的输送，形成的弧焰从喷嘴中喷出，形成高温等离子焰，主要适用于导热性较好的材料的焊接，转移弧电弧指转移型电流是在喷嘴与工件之间形成，由于转移弧难以直接形成，需要先在钨极与喷嘴之间形成细小的非转移弧作为引导，之后过渡到转移弧，当生成转移电弧后，非转移弧同时切断，混合型电弧，顾名思义，转移电弧和非转移电弧并存，主要用于微束等离子弧焊接和粉末堆焊中，弧压、电流、送粉量均采用PLC控制；焊枪在工作时需要进行冷却，将焊枪工作时由等离子非转移弧和转移弧所产生的热量带走，使焊枪的温度保持在安全范围之内，将冷却水不断的通入焊枪内，回流的温度较高的水通过换热器降温；焊枪的枪体由钨电极、离子气管、陶瓷管、进水管、送粉气管、保护气管、出水管和喷嘴组成，通过数控技术对焊枪的移动速度进行控制。

[0019] 钛粉末熔覆也可采用激光熔覆的方式，指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。

[0020] 本实施例中，通过将钛粉放进真空干燥箱内进行干燥处理，然后将干燥的钛粉放进筛板上进行筛分处理，可以使得到的钛粉粒度更加均匀；通过将钛合金坯料在温度为150℃的条件下保温2h，完成退火，可以消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强优点；堆焊层具有结合强度高；组织致密，耐蚀及耐磨性好等优点；等离子弧是属于高温高能束流；本发明以钛粉末为原料，在真空或者惰性气体保护环境下经过等离子焊接熔覆技术，使得钛粉末熔覆在铁板或者镍板等金属板上形成钛合金板，等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强优点，堆焊层具有结合强度高、组织致密、耐蚀及耐磨性好等优点。

[0021] 实施例二本实施例中提出了一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，包括以下步骤：
S1：将钛粉放进真空干燥箱内进行干燥处理，干燥温度为112℃，干燥时间为26min，制得干燥的钛粉；
S2：将干燥的钛粉放进筛板上进行筛分处理，制得均匀的钛粉，颗粒粒径为32μm；
S3：将基板放进炉内，以等离子弧作为热源，通过焊枪将等离子弧产生的高温将原料钛粉末与基体在真空或者高纯氩气保护环境下，表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，形成一层高性能的合金层，温度为1810℃，制得钛合金坯料；
S4：将钛合金坯料在温度为160℃的条件下保温2.2h，完成退火，然后冷却；
S5：对冷却后的钛合金坯料的性能进行测试，测试合格即可制得钛合金。

[0022] 本实施例中，通过将钛粉放进真空干燥箱内进行干燥处理，然后将干燥的钛粉放进筛板上进行筛分处理，可以使得到的钛粉粒度更加均匀；通过将钛合金坯料在温度为160℃的条件下保温2.2h，完成退火，可以消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强优点；堆焊层具有结合强度高；组织致密，耐蚀及耐磨性好等优点；等离子弧是属于高温高能束流；本发明以钛粉末为原料，在真空或者惰性气体保护环境下经过等离子焊接熔覆技术，使得钛粉末熔覆在铁板或者镍板等金属板上形成钛合金板，等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强优点，堆焊层具有结合强度高、组织致密、耐蚀及耐磨性好等优点。

[0023] 实施例三本实施例中提出了一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，包括以下步骤：
S1：将钛粉放进真空干燥箱内进行干燥处理，干燥温度为114℃，干燥时间为27min，制得干燥的钛粉；
S2：将干燥的钛粉放进筛板上进行筛分处理，制得均匀的钛粉，颗粒粒径为34μm；
S3：将基板放进炉内，以等离子弧作为热源，通过焊枪将等离子弧产生的高温将原料钛粉末与基体在真空或者高纯氩气保护环境下，表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，形成一层高性能的合金层，温度为1820℃，制得钛合金坯料；
S4：将钛合金坯料在温度为170℃的条件下保温3h，完成退火，然后冷却；
S5：对冷却后的钛合金坯料的性能进行测试，测试合格即可制得钛合金。

[0024] 本实施例中，通过将钛粉放进真空干燥箱内进行干燥处理，然后将干燥的钛粉放进筛板上进行筛分处理，可以使得到的钛粉粒度更加均匀；通过将钛合金坯料在温度为170℃的条件下保温3h，完成退火，可以消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强优点；堆焊层具有结合强度高；组织致密，耐蚀及耐磨性好等优点；等离子弧是属于高温高能束流；本发明以钛粉末为原料，在真空或者惰性气体保护环境下经过等离子焊接熔覆技术，使得钛粉末熔覆在铁板或者镍板等金属板上形成钛合金板，等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强优点，堆焊层具有结合强度高、组织致密、耐蚀及耐磨性好等优点。

[0025] 实施例四本实施例中提出了一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，包括以下步骤：
S1：将钛粉放进真空干燥箱内进行干燥处理，干燥温度为120℃，干燥时间为30min，制得干燥的钛粉；
S2：将干燥的钛粉放进筛板上进行筛分处理，制得均匀的钛粉，颗粒粒径为40μm；
S3：将基板放进炉内，以等离子弧作为热源，通过焊枪将等离子弧产生的高温将原料钛粉末与基体在真空或者高纯氩气保护环境下，表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，形成一层高性能的合金层，温度为1850℃，制得钛合金坯料；
S4：将钛合金坯料在温度为180℃的条件下保温4h，完成退火，然后冷却；
S5：对冷却后的钛合金坯料的性能进行测试，测试合格即可制得钛合金。

[0026] 本实施例中，通过将钛粉放进真空干燥箱内进行干燥处理，然后将干燥的钛粉放进筛板上进行筛分处理，可以使得到的钛粉粒度更加均匀；通过将钛合金坯料在温度为180℃的条件下保温4h，完成退火，可以消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强优点；堆焊层具有结合强度高；组织致密，耐蚀及耐磨性好等优点；等离子弧是属于高温高能束流；本发明以钛粉末为原料，在真空或者惰性气体保护环境下经过等离子焊接熔覆技术，使得钛粉末熔覆在铁板或者镍板等金属板上形成钛合金板，等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强优点，堆焊层具有结合强度高、组织致密、耐蚀及耐磨性好等优点。

[0027] 实施例五本实施例中提出了一种利用等离子熔覆技术制备钛合金工艺，包括以下步骤：
S1：将钛粉放进真空干燥箱内进行干燥处理，干燥温度为125℃，干燥时间为35min，制得干燥的钛粉；
S2：将干燥的钛粉放进筛板上进行筛分处理，制得均匀的钛粉，颗粒粒径为45μm；
S3：将基板放进炉内，以等离子弧作为热源，通过焊枪将等离子弧产生的高温将原料钛粉末与基体在真空或者高纯氩气保护环境下，表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，形成一层高性能的合金层，温度为1900℃，制得钛合金坯料；
S4：将钛合金坯料在温度为200℃的条件下保温5h，完成退火，然后冷却；
S5：对冷却后的钛合金坯料的性能进行测试，测试合格即可制得钛合金。

[0028] 本实施例中，通过将钛粉放进真空干燥箱内进行干燥处理，然后将干燥的钛粉放进筛板上进行筛分处理，可以使得到的钛粉粒度更加均匀；通过将钛合金坯料在温度为200℃的条件下保温5h，完成退火，可以消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强优点；堆焊层具有结合强度高；组织致密，耐蚀及耐磨性好等优点；等离子弧是属于高温高能束流；本发明以钛粉末为原料，在真空或者惰性气体保护环境下经过等离子焊接熔覆技术，使得钛粉末熔覆在铁板或者镍板等金属板上形成钛合金板，等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强优点，堆焊层具有结合强度高、组织致密、耐蚀及耐磨性好等优点。

[0029] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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