飞机用TB6钛合金激光增材制造构件表面电化学精整基础理论与关键技术

Since titanium alloy consists of several components and phases, current electrochemical machining technology has not been able to solve the problem of uniformly removing each component in the convex peak/ridge of the anode metal, thus the required dimensional accuracy and surface roughness cannot be obtained, which limits the major engineering application of subsequent finishing and machining on additive manufacturing unit..This project is oriented by this problem, and carrying out fundamental theory and key technology research in electrochemical finishing of titanium alloy..(1).Firstly, the criterion of ‘Equivalent capacitance and electricity parameters of oxide layer’ is proposed, then to systematically investigate the finishing and machining mechanism on anode metal at sub-micro scale during the electrochemical machining process via the interface morphology, surface structure of convex peak/ridge region on anode surface, to reveal the influence rules of different phases on anode interface on surface roughness of anode substrate..(2).From the perspective of process development, the correlation rule among anode-cathode distance, electrolyte velocity, temperature, current and voltage is established, which to optimize the electrochemical finishing process..(3).A control strategy based on “cathode trajectory superposition and removal method” and “dynamic process parameter control removal method” is developed, which can adjust the dimensional accuracy and surface roughness of electrochemical finishing, and to improve the efficiency of surface finishing process..The project provides suggestions for the best overall strategy of additive manufacturing and electrochemical finishing with high efficiency and precision.

激光增材制造技术为我国新型/大型飞机等重大装备制造业发展中的关键钛合金构件制造提供解决途径。然后，TB6钛合金有多组元、多物相组成，当前电化学加工技术始终未能解决阳极金属表面凸峰/凸脊处各组元均匀去除难题，无法获得所需的尺寸精度和表面粗糙度，严重制约增材制造钛合金件后续精整加工重大工程应用。.本项目以问题为导向，开展TB6电化学精整基础理论和关键技术研究。.（1）首次提出钛合金“氧化层等效电容电量参量”判据，系统研究电化学过程阳极表面凸峰/凸脊微区域表面形貌、表层组织对阳极金属亚微米尺度精整加工机理，揭示阳极界面不同物相对阳极基体表面粗糙度影响规律；.（2）从工艺开发角度，建立阴阳极间距、电解液流速、电解液温度以及电流电压之间相关性规律，优化电化学精整工艺；.（3）开发基于“阴极轨迹叠加去除法”和“动态工艺参数控制去除法”控制策略，调控电化学精整的尺寸精度和表面粗糙度,提高表面精整加工效率

当前，钛合金的增材制造在航空航天领域中有着巨大的应用潜力。然后，针对钛合金增材后的表明精整是当前面临的一个重要问题。当前电化学加工技术始终未能解决阳极金属表面凸峰/凸脊处各组元均匀去除难题，无法获得所需的尺寸精度和表面粗糙度，严重制约增材制造钛合金件后续精整加工重大工程应用。.因此，本项目以为问题为导向，开展了TB6钛合金电化学精整的基础理论和关键技术研究。..重点研究：. 1）飞机用TB6钛合金增材制造构件电化学精整过程阳极界面溶解机理研究；. 2）TB6钛合金增材制造件表面电化学精整加工关键装置与控制算法开发；. 3）飞机用TB6钛合金增材制造后续电化学精整加工工艺试验。..通过3年的项目开展，得到了如下主要结论：. 1）基于钛合金构件，设计开发了一套电化学精整加工的样理装置，可以开展相关的试验工作；. 2）针对钛合金这类多组元合金，开展了NaCl水基电解液和NaCl乙二醇的有机电解液的研究，研究发现：在水基电解液体现中，其阳极溶解过程包括氧化层破除和金属基体均匀溶解两个阶段，可用氧化层完全去除所需电量作为其达到金属基体/过饱和层界面结构（均匀溶解状态）的判据，而TB6钛合金在NaCl乙二醇基电解液和NaCl水基电解液中的电流效率曲线具有相反的变化趋势。研究发现：有机电解液，能够有效避免氧化层形成，显著提高钛合金成形精度和表面质量。. 3）本项目还建立了多物理场耦合微尺度模型，通过对阳极表面过饱和层及其表面整平机制进仿真分析表明：钛合金的过饱和层的形成是一个瞬态过程，达到稳定状态的过饱和层厚度为0.8 μm，平均浓度为2240 mol/m3。.. 后续工作展望：还应该持续深入的开展工程化应用研究，针对钛合金增材制造构件，开发能够工程化应用的装备，同时，和实际的工况结合，将基础理论数据能应用到工程实践中去。