【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于增材制造，涉及一種γ-tial合金靶材快速制造方法。
技術(shù)介紹
1、隨著物理氣相沉積技術(shù)的逐步發(fā)展與成熟，薄膜及涂層在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛。γ-tial合金靶材是一種利用物理氣相沉積技術(shù)(磁控濺射技術(shù))在工件表面制備ti-al-n硬質(zhì)涂層的濺射源。其沉積涂層具有硬度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于模具、刀具、裝飾等領(lǐng)域。所謂γ-tial合金包含50at.％ti+50％at.％al，40at.％ti+60at.％al等多沉積態(tài)以tial(γ相)為主，或有少量ti3al(α相)。
2、目前γ-tial合金主要有粉末冶金法和真空熔煉法。兩種工藝各有缺陷，粉末冶金法包含熱壓燒結(jié)法和熱等靜壓燒結(jié)法：即將γ-tial合金粉末或ti粉、al粉兩種混合粉末，在模具中雙向熱等壓或多向熱等靜壓致密化燒結(jié)。前者采用γ-tial合金粉末存在制備困難問題，這是因?yàn)棣?tial本征脆性大以及300-600℃易于其他合金反應(yīng)等問題，導(dǎo)致制粉技術(shù)(離心霧化技術(shù)和氣霧化技術(shù))無法適用；后者兩種純金屬粉末混合燒結(jié)，存在混合不均勻或者燒結(jié)溫度600-1400℃時(shí)，兩相會(huì)發(fā)生多次化學(xué)反應(yīng)，造成放熱過程，對致密化過程中模具的可靠性造成威脅，另外化學(xué)反應(yīng)程度難于控制，造成燒結(jié)態(tài)γ-tial合金靶材存在多相，不同相熔點(diǎn)差異大，為靶材的物理氣相沉積過程造成不良影響。
3、熱壓燒結(jié)法采用al粉和ti均勻混合后，熱壓燒結(jié)成型，這種方式成本相對較低，但由于成型過程僅單相受力產(chǎn)品致密度不足，且顆粒均勻度不足；熱等靜壓法可實(shí)現(xiàn)靶材致密度＞99％
4、綜上，粉末冶金法制備鈦鋁合金靶材，即將鈦粉與鋁粉混合后裝入模具中壓制燒結(jié)。存在以下問題：1.制粉成本貴且生產(chǎn)流程長，尤其鈦粉制備需要先制成棒材或絲材在利用離心霧化或氣霧化法制備；2.粉末冶金法制造成本高，需要一次性燒結(jié)模具，粉末以微米級或亞微米級方式反應(yīng)可能存在偏析或反應(yīng)不均勻；3.粉末冶金法不適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件成型。
5、真空熔煉技術(shù)雖然工藝流程較短，但由于γ-tial合金液態(tài)流動(dòng)性差、凝固速度過快，極易產(chǎn)生氣孔、疏松等缺陷，導(dǎo)致靶材致密度不符合沉積要求。也有技術(shù)采用真空熔煉后熱等靜壓二次燒結(jié)用于閉合氣孔或疏松，但如前所述，γ-tial合金本征脆性大，壓制燒結(jié)過程中內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生微裂紋，依舊造成靶材無法工程化應(yīng)用。
6、由于上述工藝限制，導(dǎo)致工業(yè)上使用的γ-tial合金靶材質(zhì)量穩(wěn)定性差、成品率低造成價(jià)格昂貴。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述問題，本專利技術(shù)提供一種γ-tial合金靶材快速制造方法，可100％利用原材料、適合各種規(guī)格尺寸靶材產(chǎn)品制備、且設(shè)備及制造成本低廉，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
2、本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是，一種γ-tial合金靶材快速制造方法，包括以下步驟：
3、s1.通過增材系統(tǒng)制備層間厚度為0.1～0.8mm的ti和al的預(yù)合金化沉積層；
4、s2.將ti和al的預(yù)合金化沉積層置于真空或氣氛燒結(jié)爐中；
5、s3.在真空或氣氛燒結(jié)爐中，燒結(jié)溫度1200℃～1400℃保溫4-8小時(shí)，實(shí)現(xiàn)ti和al之間相互擴(kuò)散燒結(jié)，完全合金化，得到γ-tial合金。
6、進(jìn)一步的，所述s1包括以下步驟：
7、s11.根據(jù)所需γ-tial合金靶材的成分組成、靶材的尺寸和形狀，建立三維模型，并將三維模型對應(yīng)的金屬熔滴運(yùn)動(dòng)規(guī)劃路徑導(dǎo)入控制系統(tǒng)中；
8、s12.根據(jù)γ-tial合金靶材的成分組成、靶材的尺寸和形狀，在控制系統(tǒng)中設(shè)置熱源參數(shù)和送絲模塊中絲材進(jìn)給速度；
9、s13.將單質(zhì)ti金屬絲和al金屬絲置于加工倉內(nèi)，調(diào)整ti金屬絲和al金屬絲與熱源的位向關(guān)系；
10、s14.根據(jù)規(guī)劃路徑控制熱源模塊及送絲模塊的平面運(yùn)動(dòng)軌跡及運(yùn)動(dòng)速度；
11、s15.根據(jù)s12設(shè)置的熱源參數(shù)和絲材進(jìn)給速度，間歇性交替送進(jìn)ti金屬絲和al金屬絲；
12、s16.熱源模塊熔融下方的ti金屬絲或al金屬絲，形成熔滴，滴入氧化鋁舟中，凝固成點(diǎn)狀預(yù)合金化γ-tial靶材，形成設(shè)計(jì)的沉積層及厚度；
13、s17.以設(shè)定運(yùn)動(dòng)速度和規(guī)劃路徑移動(dòng)熱源模塊和送絲模塊，逐步形成面狀預(yù)合金化γ-tial靶材；
14、s18.返回步驟s14，進(jìn)行第二平面層的成型，直至三維靶材的成型過程結(jié)束。
15、進(jìn)一步的，所述s12包括以下步驟：
16、s12-1.將γ-tial中ti、al原子配比并轉(zhuǎn)換成質(zhì)量配比；
17、s12-2.根據(jù)絲材直徑、質(zhì)量配比，計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)ti金屬絲和al金屬絲的進(jìn)給速度。
18、進(jìn)一步的，所述s15中，鈦絲的送絲速度為1.8-10mm/s，鋁絲的送絲速度為1-6mm/s。
19、進(jìn)一步的，所述s13中，單質(zhì)ti金屬絲為純度大于4n、直徑＜1.2mm的實(shí)心ti金屬絲；單質(zhì)al金屬絲為純度大于4n、直徑＜1.2mm的實(shí)心al金屬絲。
20、進(jìn)一步的，所述s3中，真空爐真空度不低于10-3pa。
21、進(jìn)一步的，所述s3中，氣氛燒結(jié)爐中氧含量不高于2000ppm。
22、進(jìn)一步的，所述增材系統(tǒng)包括設(shè)于加工倉內(nèi)的送絲模塊、熱源模塊，以及用于為加工倉提供真空環(huán)境的真空組件；其特征在于，通過增材制造擬合金化和燒結(jié)合金化組合方式制備鈦鋁靶材；所述送絲模塊至少包括兩個(gè)送絲機(jī)，分別送給ti金屬絲和al金屬絲；
23、所述熱源模塊位于送絲模塊上方，為金屬絲的熔融提供能量源；
24、所述ti金屬絲或al金屬絲的熔滴正下方設(shè)有氧化鋁舟，用于裝載熔滴成型的靶材；
25、還包括控制模塊，所述控制模塊分別連接送絲模塊、熱源模塊，用于根據(jù)靶材成分、尺寸、形狀，確定熱源參數(shù)、送絲模塊中絲材進(jìn)給速度、熱源模塊及送絲模塊的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度，并發(fā)送至送絲模塊和熱源模塊。
26、進(jìn)一步的，所述熱源模塊為電子束或等離子電弧。
27、本專利技術(shù)的有益效果是：
28、1.本專利技術(shù)不存在粉末冶金制備技術(shù)中的成分不均勻或化學(xué)反應(yīng)不均勻問題，杜絕了真空熔煉技術(shù)中γ-tial鑄態(tài)缺陷嚴(yán)重問題。
29、2.本專利技術(shù)加工周期短、成品率高、可適用于任意規(guī)格γ-tial靶材的近凈成型，成型后僅需精加工即可滿足工業(yè)使用要求。
30、3.本專利技術(shù)制備的γ-tial合金靶材適用于任意ti、al元素配比，且相構(gòu)成可控，設(shè)備投入成本低、產(chǎn)品制造成本低廉，省去了制粉、模具成本。顛覆傳統(tǒng)制備方法，實(shí)現(xiàn)了制備、相生成一體化實(shí)現(xiàn)。
31、4.本專利技術(shù)在高真空環(huán)境中進(jìn)行，所制備的γ-tial合金靶材氧含量低。
32、5.根據(jù)本專利技術(shù)方案，可將傳統(tǒng)焊機(jī)、送絲機(jī)進(jìn)行改造，即可實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)γ-tial合金靶材快速增材系統(tǒng)，同時(shí)利用本專利技術(shù)方法步驟可實(shí)現(xiàn)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種γ-TiAl合金靶材快速制造方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種γ-TiAl合金靶材快速制造方法，其特征在于，所述S1包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種γ-TiAl合金靶材快速制造方法，其特征在于，所述S12包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種γ-TiAl合金靶材快速制造方法，其特征在于，所述S15中，鈦絲的送絲速度為1.8-10mm/s，鋁絲的送絲速度為1-6mm/s。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種γ-TiAl合金靶材快速制造方法，其特征在于，所述S13中，單質(zhì)Ti金屬絲為純度大于4N、直徑＜1.2mm的實(shí)心Ti金屬絲；單質(zhì)Al金屬絲為純度大于4N、直徑＜1.2mm的實(shí)心Al金屬絲。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種γ-TiAl合金靶材快速制造方法，其特征在于，所述S3中，真空爐真空度不低于10-3Pa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種γ-TiAl合金靶材快速制造方法，其特征在于，所述S3中，氣氛燒結(jié)爐中氧含量不高于2000ppm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種γ
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種γ-TiAl合金靶材快速制造方法，其特征在于，所述熱源模塊為電子束或等離子電弧。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種γ-tial合金靶材快速制造方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種γ-tial合金靶材快速制造方法，其特征在于，所述s1包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種γ-tial合金靶材快速制造方法，其特征在于，所述s12包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種γ-tial合金靶材快速制造方法，其特征在于，所述s15中，鈦絲的送絲速度為1.8-10mm/s，鋁絲的送絲速度為1-6mm/s。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種γ-tial合金靶材快速制造方法，其特征在于，所述s13中，單質(zhì)ti金屬絲為純度大于4n、直徑＜1.2mm的實(shí)心ti金屬絲；單質(zhì)al金屬絲為純度大于4n、直徑＜1.2mm的實(shí)心al金屬絲。
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：魯媛媛，吳坤堯，周影影，李兆，王貝貝，
申請(專利權(quán))人：西安航空學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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