本发明涉及激光焊接，具体涉及一种利用多孔高熵合金结构改善钛/钢异质金属连接的方法。
背景技术：
1、钛具有比强度高、耐腐蚀和耐高温等优点，但其推广应用受限于高制造成本。而钢是应用最广泛的传统结构材料，具有制造成本低、力学性能优异等优点。钛/钢异质材料的高可靠性连接能充分发挥两种材料在性能和经济上的优势互补，在航空航天、能源化工、海洋装备和医疗器械等诸多领域具有广阔的应用前景。然而，钛和钢在熔点、热导率、膨胀系数等性能方面存在较大差异，在焊接过程中容易出现受热不均和内应力，降低接头质量，且接头中极易产生脆性金属间化合物，导致接头容易开裂，难以形成可靠的连接。
2、高熵合金(high entropy alloys-hea)通常由至少五种等摩尔比的主要元素组成，由于其简单的晶体结构和复杂的成分而引起了广泛的关注。其具有的高混合熵、多主元数的特性会产生高熵效应，抑制了金属间化合物的形成，并且元素间不同的尺寸和结合力会导致合金具有晶格畸变和缓慢扩散效应。此外，性能上的“鸡尾酒”效应使其通常同时具有高强、高温热稳定性和高耐蚀性。正是由于heas多种优异的性能，其应用领域非常广泛，主要包括耐磨涂层、航空材料、储氢材料、热电材料、生物医用材料、核结构材料、超导材料和电磁材料等。
3、激光选区熔化(selective laser melting-slm)是一种增材制造(3d打印)技术，通过使用高功率激光将金属粉末逐层熔化并凝固，最终形成复杂的金属部件。slm技术可以生产出非常复杂和精细的结构，材料利用率极高。由于在slm过程中试件能够快速冷却，实现结构晶粒细化，因此制造出的金属零件通常具有较高的强度和硬度等力学性能。slm的优点使其成为应用最广泛的增材制技术之一。
4、目前尚无将高熵合金与激光选区熔化技术结合来解决钛和钢连接问题的方法。
技术实现思路
1、针对钛/钢异质金属难以有效连接的问题，本发明提出一种利用多孔高熵合金结构改善钛/钢异质金属连接的方法，采用激光选区熔化技术制备多孔高熵合金结构作为中间层，实现钛/钢异质金属的高可靠性连接。
2、为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
3、一种利用多孔高熵合金结构改善钛/钢异质金属连接的方法，是以气雾化的fecocrnimn高熵合金粉末为原料，采用激光选区熔化工艺，在钛和钢之间形成一层三维多孔高熵合金结构。所述三维多孔高熵合金结构为内部中空的立体结构，该立体结构具有上下两个平行的均匀分布有通孔的网状面。本发明多孔高熵合金结构这样的中空立体结构能够保证在进行钛丝填丝焊接时焊丝熔化后能充分润湿铺展，实现界面之间更好的结合。
4、更加具体的，所述利用多孔高熵合金结构改善钛/钢异质金属连接的方法包括以下步骤：
5、s1.以钢板为基板，用砂纸对其进行打磨，去除表面氧化膜，清洗擦拭，最后烘干，备用；
6、s2.根据高熵合金化学成分中的各元素摩尔比进行原料的配比称量，采用真空气雾法制备出fecocrnimn高熵合金粉末；
7、s3.利用三维制图软件绘制多孔高熵合金结构，将三维模型进行切片，根据结构高度设置打印每片厚度，转换成cls格式的文件导入到金属粉末快速成形系统；
8、s4.将s2中制得的高熵合金粉末放入s3的金属粉末快速成形系统设备中，将s1中基板与夹具配合夹紧安装至激光作用区域，设置各项工艺参数后进行高熵合金粉末熔化并凝固成形，得到多孔高熵合金结构件；
9、s5.在多孔高熵合金结构上使用半导体激光器进行钛丝填丝焊接，形成钛/钢异质金属的有效连接。
10、作为优选，步骤s2中，所述高熵合金粉末的粒度为粒度区间为15～50μm。该区间范围的粉末可以提供更好的打印精度和表面光洁度，利于更好地铺展，更快地吸收激光能量，从而更快地熔化，提高成品的致密度和强度；而过小粒径可能导致流动性差，难以均匀铺展，影响成形效果；过大粒径容易在打印层中产生较大的孔隙，导致成品密度降低和机械性能劣化。所述高熵合金粉末按照质量百分比含量的组分组成如下：fe：19.98％；co：21.06％；cr：18.24％；ni：21.03％；mn：19.69％。
11、作为优选，步骤s4中，激光选区熔化结构成形过程采用的主要工艺参数为：光斑直径50μm，激光功率90～120w，扫描速度800～1100mm/s，一次铺粉厚度0.02mm。
12、作为优选，步骤s4中，高熵合金结构成形在打印仓通入纯度大于99.9％的惰性气体，并加热至125℃。温度过高或过低都可能会使结构不理想，进一步影响后续成形。温度过高，晶粒粗化，易形成脆硬相或不利相转变，导致力学性能下降；温度过低，粉末加热不充分，易造成粉末未融化、颗粒度高等问题，进而导致界面连接性差等问题。进一步的，所通惰性气体为纯氩气。
13、作为优选，步骤s5中，激光填丝焊接主要工艺参数为：光斑直径50μm，激光功率900～1100w，焊接速度3～4mm/s，送丝速度90～110cm/min，离焦量0mm。
14、作为优选，步骤s5中，焊接过程中通入惰性气体，气体流量为20～30l/min，使焊接过程中焊丝正面、侧面与空气隔离。若气体流量小于20l/min则无法有效保护焊缝，如果大于30l/min则会影响焊缝表面质量，降低焊缝强度。进一步的，所通惰性气体为纯氩气。
15、作为优选，所述基板和夹具的材质均为316l钢。
16、本发明具有以下有益效果：
17、按本发明方法所制备的多孔高熵合金结构致密且牢固，成形良好，具有较高的强度和塑性，基板背面、侧面无宏观变形；有多孔高熵合金中间层的情况下，激光填丝焊接焊缝成形连续且均匀，无裂纹生成，有效解决了直接在钢板上进行钛丝填丝焊接所产生的焊缝表面氧化严重、有多处明显的裂纹甚至出现焊缝与基板剥离的问题。与现有技术相比，本发明多孔高熵合金中间层的加入，使得钛/钢异质金属形成了高可靠性连接。
1.一种利用多孔高熵合金结构改善钛/钢异质金属连接的方法，其特征在于，是以气雾化的fecocrnimn高熵合金粉末为原料，采用激光选区熔化工艺，在钛和钢之间形成一层三维多孔高熵合金结构。
2.根据权利要求1所述的利用多孔高熵合金结构改善钛/钢异质金属连接的方法，其特征在于，所述三维多孔高熵合金结构为内部中空的立体结构，该立体结构具有上下两个平行的均匀分布有通孔的网状面。
3.根据权利要求1或2所述的利用多孔高熵合金结构改善钛/钢异质金属连接的方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的利用多孔高熵合金结构改善钛/钢异质金属连接的方法，其特征在于：步骤s2中，所述高熵合金粉末的粒度为粒度区间为15～50μm，其按照质量百分比含量的组分组成如下：fe：19.98％；co：21.06％；
5.根据权利要求3所述的利用多孔高熵合金结构改善钛/钢异质金属连接的方法，其特征在于：步骤s4中，激光选区熔化结构成形过程采用的主要工艺参数为：光斑直径50μm，激光功率90～120w，扫描速度800～1100mm/s，一次铺粉厚度0.02mm。
6.根据权利要求3所述的利用多孔高熵合金结构改善钛/钢异质金属连接的方法，其特征在于：步骤s4中，高熵合金结构成形在打印仓通入纯度大于99.9％的惰性气体，并加热至125℃。
7.根据权利要求6所述的利用多孔高熵合金结构改善钛/钢异质金属连接的方法，其特征在于：步骤s4中，所通惰性气体为纯氩气。
8.根据权利要求3所述的利用多孔高熵合金结构改善钛/钢异质金属连接的方法，其特征在于：步骤s5中，激光填丝焊接主要工艺参数为：光斑直径50μm，激光功率900～1100w，焊接速度3～4mm/s，送丝速度90～110cm/min，离焦量0mm。
9.根据权利要求3所述的利用多孔高熵合金结构改善钛/钢异质金属连接的方法，其特征在于：步骤s5中，焊接过程中通入惰性气体，气体流量为20～30l/min，使焊接过程中焊丝正面、侧面与空气隔离。
10.根据权利要求9所述的利用多孔高熵合金结构改善钛/钢异质金属连接的方法，其特征在于：步骤s5中，所通惰性气体为纯氩气。
