本发明公开了一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构及制造方法，该结构中每增材道、相邻增材道和相邻增材层均呈超硬铁基碳化钨与软质不锈钢区域交替分布。该增材制造方法采用同一等离子电弧，机器人PLC交替控制铁基碳化钨药芯和不锈钢实芯丝材的不同送丝时间、铁基碳化钨药芯丝材单增材道起始时刻、相邻层间单道起始时刻，实现每增材道、相邻道和相邻层均呈超硬铁基碳化钨与软质不锈钢区域交替分布的交替增材结构。本发明通过铁基碳化钨药芯丝材与不锈钢丝材的异质交替熔化，调整送丝时刻、时间与轨迹，实现了三维超硬铁基碳化钨增材区域与软质不锈钢增材区域交替分布的异质结构，达到超高硬度与高韧性的组合，突破超硬与软质材料增材实现难题。
1.一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构的制造方法，其特征在于，该增材结构在横向X方向、纵向Y方向和垂直Z方向上超硬铁基碳化钨与软质Cr‑Ni不锈钢区域均是区域交替分布，包括以下具体步骤：（1）使用低温热处理炉加热不锈钢基板达到预设温度，选定增材电流、电弧行进速度、离子气流量和保护气流量工艺参数，在不锈钢基板上引燃电弧；
（2）引燃电弧后，首先利用机器人PLC控制信号打开铁基碳化钨丝材送进开关，铁基碳化钨丝材按照设定的送丝速度Vf1送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度Vw的送进固定时间T1，熔化形成长度为L1超硬铁基碳化钨增材区域；然后利用机器人PLC控制关闭铁基碳化钨丝材送进，同时打开不锈钢丝材送进开关，然后控制不锈钢丝材按照设定的速度Vf2送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度Vw的送进固定时间T2，熔化形成长度为L2软质Cr‑Ni不锈钢增材区域；二种材质的丝材循环交替送入等离子弧区域，直至达到预设的第1道单道增材长度，熄灭电弧，从而形成纵向上第1道超硬铁基碳化钨增材区域与软质Cr‑Ni不锈钢增材区域交替的单道结构；
（3）机器人控制焊枪移动至相邻第2道增材的起点，引燃电弧，铁基碳化钨丝材按照同样设定的送丝速度Vf1送入电弧熔化，丝材送进时间改为固定时间T1的基础上减少错道时间T3，使得起始端超硬铁基碳化钨增材道长度减小L3；接着同样利用机器人PLC控制关闭铁基碳化钨丝材送进，同时打开不锈钢丝材送进开关，然后控制不锈钢丝材按照设定的速度Vf2送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度Vw的送进固定时间T2，熔化形成长度为L2的软质Cr‑Ni不锈钢增材区域；然后按照步骤（2）单道的增材方式，铁基碳化钨丝材按照设定的送丝速度Vf1送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度Vw的送进固定时间T1，熔化形成长度为L1超硬铁基碳化钨增材区域；如此循环，直至达到该增材道的预设长度；下一相邻第3道增材焊道，铁基碳化钨丝材起始端丝材送进时间从固定时间T1的基础上减少2倍错道时间
2T3，按照相同规律形成第3道单道超硬铁基碳化钨增材区域与软质Cr‑Ni不锈钢增材区域交替的单道结构；以后的相邻焊道铁基碳化钨丝材起始端的送进时间，从固定时间T1，按照增材道数依次减少3T3，4T3…nT3，直至T1时间减小到零，重新按照从铁基碳化钨丝材起始端送进时间为T1开始再次循环，直至尺寸达到预设的横向单层熔覆宽度，形成第n道超硬铁基碳化钨增材区域与软质Cr‑Ni不锈钢增材区域交替的单道结构，完成单层增材，从而形成横向X方向上超硬铁基碳化钨与软质Cr‑Ni不锈钢区域均是区域交替分布结构；
（4）机器人控制焊枪移动到第1层第1道增材道的起点，然后按照实际单层厚度δ提升相同高度，然后引燃电弧，铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材按照第1层第2道送丝起始端减少错道时间T3开始切换，后面按照铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材固定时间T1和T2方式交替送进熔化，从而形成第2层第1道超硬铁基碳化钨增材区域与软质Cr‑Ni不锈钢增材区域交替的单道结构；第2层第2道，第2层第3道及其余第二层的相邻焊道起始处铁基碳化钨丝材送进时间依次减少2T3,3T3…n‑1T3,直至T1时间减小到零, 重新按照起始处铁基碳化钨丝材送进时间为T1，开始再次循环，完成第2层增材；接着每层的第1道都与前一层的第2道送丝送进切换增材方式相同，每层的第2道都与前一层的第3道送丝送进切换增材方式相同，每层的第n‑1道都与前一层的第n道送丝送进切换增材方式相同，直至形成增材构件的预定高度，全部停止堆敷，从而形成多层纵向Y方向和垂直Z方向上的超硬铁基碳化钨与软质Cr‑Ni不锈钢区域均是交替分布的结构。
2.根据权利要求1所述的一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构的制造方法，其特征在于，二种交替熔化的丝材为铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材，电弧热源为等离子弧，铁基碳化钨丝材为直径1.6 mm药芯丝材，碳化钨颗粒质量分数为25% 50%；不锈钢丝材为直径1.2 ~mm实芯丝材，牌号为ER308或ER316L。
3.根据权利要求1所述的一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构的制造方法，其特征在于：二种交替熔化的丝材为铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材，铁基碳化钨粉芯丝材送丝Vf1速度为1.0~3.0 m/min，不锈钢丝材送丝Vf2速度为1.8~5.3 m/min，保证相同单道堆敷高度。
4.根据权利要求1所述的一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构的制造方法，其特征在于：铁基碳化钨丝材与不锈钢丝材的在单道增材时机器人利用PLC 信号控制送丝的开关，电弧行进速度Vw范围为10~30 cm/min，铁基碳化钨丝材送进固定时间T1范围为5~27 s，不锈钢丝材送进固定时间T2范围为3~15 s。
5.根据权利要求1所述的一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构的制造方法，其特征在于：相邻增材道，后面一道的起始处铁基碳化钨丝材送进时间依次减小错道时间T3，错道时间T3范围为1~3s。
6.根据权利要求1所述的一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构的制造方法，其特征在于：相邻增材层，每一层的第1道都与前一层的第2道增材方式相同，每层的第2道都与前一层的第3道增材方式相同，每层的第n‑1道都与前一层的第n道增材方式相同；n基于X方向的宽度与焊道宽度设定。
7.一种基于权利要求1‑6任一项铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构的制造方法制备的铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构，其特征在于：该增材结构在横向X方向、纵向Y方向和垂直Z方向上超硬铁基碳化钨与软质Cr‑Ni不锈钢区域均是区域交替分布；该增材结构在纵向Y方向上，软质Cr‑Ni不锈钢区域长度小于超硬铁基碳化钨区域的长度，铁基碳化钨增材区域长度L1为24~45 mm，Cr‑Ni不锈钢增材区域长度L2为15~25 mm；该增材结构在垂直Z方向上，软质Cr‑Ni不锈钢区域厚度与超硬铁基碳化钨区域的厚度接近，厚度δ为1 5 mm；增材结~构在横向X方向上，软质Cr‑Ni不锈钢区域的宽度与超硬铁基碳化钨区域的宽度接近，宽度为5‑10mm；软质Cr‑Ni不锈钢区域的宽度为增材过程中每一焊道的宽度。
一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构及制造方法
技术领域
[0001] 本发明属于电弧增材制造技术领域，具体是一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构及制造方法。
背景技术
[0002] 随着工程技术的快速发展，均质金属材料的性能优化与提高已越来越难以满足各种要求，通过两种或两种以上材料的复合能为金属构件的性能提升拓宽技术空间。铁基碳化钨增材件具有高强高硬的特点，但冲击韧性较差，而不锈钢材料冲击韧性较好。另外，碳化钨的增材大多选用粉材为主，效率较低。因此，急需一种超硬铁基碳化钨与软质不锈钢交替熔丝多维异质增材结构来提高构件性能。
[0003] 专利一种FeNi基激光熔覆掺杂碳化钨/碳化铬复合强化抗高温耐磨涂层及其制备方法(申请号CN201811022429.5)公开了一种碳化钨/碳化铬复合涂层的制备方法。该方法包括了基体预处理,堆焊处理,激光熔覆处理,以及硫化处理等过程，步骤复杂，制得的涂层较薄，不能实现大尺度样件的增材制造，并且设备成本较高。专利一种等离子熔覆复合碳化钨涂层的方法(申请号CN202010068190.6)公开了一种等离子熔覆复合碳化钨涂层的方法。该方法制得的涂层最大限度的利用了碳化钨的耐磨性能，又不会改变镍基合金的冲击韧性，但镍基合金成本较高，且无法实现大尺度样件的增材制造。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构及制造方法，实现三维超硬铁基碳化钨增材区域与软质不锈钢增材区域均呈交替分布的异质结构，达到超高硬度与高韧性的性能组合，突破超硬与软质材料增材实现难题；同时也有效了抑制了熔化铁基碳化钨增材裂纹的产生，突破铁基碳化钨丝材增材成形质量控制难题。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
[0006] 一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构，该增材结构在横向X方向、纵向Y方向和垂直Z方向上超硬铁基碳化钨与软质Cr‑Ni不锈钢区域均是区域交替分布。
[0007] 进一步的，该增材结构在纵向Y方向上，软质Cr‑Ni不锈钢区域长度小于超硬铁基碳化钨区域的长度，铁基碳化钨增材区域长度L1为24～45mm，Cr‑Ni不锈钢增材区域长度L2为15～25mm。
[0008] 进一步的，该增材结构在垂直Z方向上，软质Cr‑Ni不锈钢区域厚度与超硬铁基碳化钨区域的厚度接近，厚度δ为1～5mm。
[0009] 进一步的，增材结构在横向X方向上，软质Cr‑Ni不锈钢区域的宽度与超硬铁基碳化钨区域的宽度接近，宽度为5‑10mm；软质Cr‑Ni不锈钢区域的宽度为增材过程中每一焊道的宽度。
[0010] 一种基于铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构的制造方法，包括以下具体步骤：
[0011] (1)使用低温热处理炉加热不锈钢基板达到预设温度，选定增材电流、电弧行进速度、离子气流量和保护气流量工艺参数，在不锈钢基板上引燃电弧；
[0012] (2)引燃电弧后，首先利用机器人PLC控制信号打开铁基碳化钨丝材送进开关，铁基碳化钨丝材按照设定的送丝速度Vf1送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度Vw的送进固定时间T1，熔化形成长度为L1超硬铁基碳化钨增材区域；然后利用机器人PLC 控制关闭铁基碳化钨丝材送进，同时打开不锈钢丝材送进开关，然后控制不锈钢丝材按照设定的速度Vf2送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度Vw的送进固定时间T2，熔化形成长度为L2软质Cr‑Ni不锈钢增材区域；二种材质的丝材循环交替送入等离子弧区域，直至达到预设的第1道单道增材长度，熄灭电弧，从而形成纵向上第1道超硬铁基碳化钨增材区域与软质Cr‑Ni不锈钢增材区域交替的单道结构；
[0013] (3)机器人控制焊枪移动至相邻第2道增材的起点，引燃电弧，铁基碳化钨丝材按照同样设定的送丝速度Vf1送入电弧熔化，丝材送进时间改为固定时间T1的基础上减少错道时间T3，使得起始端超硬铁基碳化钨增材道长度减小L3；接着同样利用机器人PLC 控制关闭铁基碳化钨丝材送进，同时打开不锈钢丝材送进开关，然后控制不锈钢丝材按照设定的速度Vf2送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度Vw的送进固定时间T2，熔化形成长度为L2的软质Cr‑Ni不锈钢增材区域；然后按照步骤(2)单道的增材方式，铁基碳化钨丝材按照设定的送丝速度Vf1送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度Vw的送进固定时间T1，熔化形成长度为L1超硬铁基碳化钨增材区域；如此循环，直至达到该增材道的预设长度；下一相邻第3道增材焊道，铁基碳化钨丝材起始端丝材送进时间从固定时间T1的基础上减少2倍错道时间2T3，按照相同规律形成第3道单道超硬铁基碳化钨增材区域与软质Cr‑Ni不锈钢增材区域交替的单道结构；以后的相邻焊道铁基碳化钨丝材起始端的送进时间，从固定时间T1，按照增材道数依次减少3T3，4T3…nT3，直至T2时间减小到零，重新按照从铁基碳化钨丝材起始端送进时间为T2开始再次循环，直至尺寸达到预设的横向单层熔覆宽度，形成第n道超硬铁基碳化钨增材区域与软质Cr‑Ni不锈钢增材区域交替的单道结构，完成单层增材，从而形成横向X方向上超硬铁基碳化钨与软质Cr‑Ni不锈钢区域均是区域交替分布结构；
[0014] (4)机器人控制焊枪移动到第1层第1道增材道的起点，然后按照实际单层厚度δ提升相同高度，然后引燃电弧，铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材按照第1层第2道送丝起始端减少错道时间T3开始切换，后面按照铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材固定时间T1和T2方式交替送进熔化，从而形成第2层第1道超硬铁基碳化钨增材区域与软质Cr‑Ni不锈钢增材区域交替的单道结构；第2层第2道，第2层第3道等第二层的相邻焊道起始处铁基碳化钨丝材送进时间依次减少2T3,3T3…n‑1T3,直至T2时间减小到零,重新按照起始处铁基碳化钨丝材送进时间为T2，开始再次循环，完成第2层增材；接着每层的第1 道都与前一层的第2道送丝送进切换增材方式相同，每层的第2道都与前一层的第3道送丝送进切换增材方式相同，每层的第n‑1道都与前一层的第n道送丝送进切换增材方式相同，直至形成增材构件的预定高度，全部停止堆敷，从而形成多层纵向Y方向和垂直Z方向上的超硬铁基碳化钨与软质Cr‑Ni不锈钢区域均是交替分布的结构。
[0015] 进一步的，二种交替熔化的丝材为铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材，电弧热源为等离子弧，铁基碳化钨丝材为直径1.6mm药芯丝材，碳化钨颗粒质量分数为25％～50％；不锈钢丝材为直径1.2mm实芯丝材，牌号为ER308或ER316L。
[0016] 进一步的，二种交替熔化的丝材为铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材，铁基碳化钨粉芯丝材送丝Vf1速度为1.0～3.0m/min，不锈钢丝材送丝Vf2速度为1.8～5.3m/min，保证相同单道堆敷高度。
[0017] 进一步的，铁基碳化钨丝材与不锈钢丝材的在单道增材时机器人利用PLC信号控制送丝的开关，电弧行进速度Vw范围为10～30cm/min，铁基碳化钨丝材送进固定时间 T1范围为5～27s，不锈钢丝材送进固定时间T2范围为3～15s。
[0018] 进一步的，相邻增材道，后面一道的起始处铁基碳化钨丝材送进时间依次减小错道时间T3，错道时间T3范围为1～3s。
[0019] 进一步的，相邻增材层，每一层的第1道都与前一层的第2道增材方式相同，每层的第2道都与前一层的第3道增材方式相同，每层的第n‑1道都与前一层的第n道增材方式相同；n基于X方向的宽度与焊道宽度设定。
[0020] 与现有技术相比，本发明的显著优点是：1、该方法制备的三维超硬铁基碳化钨增材区域与软质不锈钢增材区域交替分布，达到超高硬度与高韧性的性能组合，突破超硬与软质材料增材实现难题；2、增材件力学性能优异，具备超高硬度与超高冲击韧性；3、该方法适合多重不同类型三维异质大尺度增材件的制造，具备实现方式灵活，柔性好的特点；4、该方法采用电弧熔化方式制备，相对于激光和电子束熔敷的方式，设备成本更低；5、该方法相对于粉末激光或电子束增材而言，增材制造效率更高。
附图说明
[0021] 图1为超硬铁基碳化钨与软质不锈钢交替增材的多维异质结构第一层示意图。(白色区域代表铁基碳化钨材料，黑色区域代表不锈钢材料)
[0022] 图2为超硬铁基碳化钨与软质不锈钢交替增材的多维异质结构主视图。(白色区域代表铁基碳化钨材料，黑色区域代表不锈钢材料)
[0023] 图3为超硬铁基碳化钨与软质不锈钢交替增材区域分布的多维异质结构左视图。(白色区域代表铁基碳化钨材料，黑色区域代表不锈钢材料)
[0024] 图4为超硬铁基碳化钨与软质不锈钢层道异质结构流程示意图。
[0025] 图5为超硬铁基碳化钨与软质不锈钢层道程序流程图。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0027] 实施例1
[0028] 本发明的多维异质结构是采用等离子弧作为熔丝热源，增材过程中设置的增材电流为120A，离子气流量为1.2L/min，保护气流量为18L/min。
[0029] 结合图1～图3，超硬铁基碳化钨与软质不锈钢交替增材的多维异质结构，如，在横向X方向、纵向Y方向和垂直Z方向上超硬铁基碳化钨与软质Cr‑Ni不锈钢区域均是区域交替分布。
[0030] 多维异质增材结构，在纵向Y方向上，软质Cr‑Ni不锈钢区域长度小于超硬铁基碳化钨区域的长度，铁基碳化钨增材区域长度L1为30mm，Cr‑Ni不锈钢增材区域长度L2为15mm。
[0031] 多维异质增材结构，在垂直Z方向上，软质Cr‑Ni不锈钢区域厚度与超硬铁基碳化钨区域的厚度接近，厚度δ为3mm。
[0032] 结合图1‑图5，多维异质增材结构的制造方法包括以下具体步骤：
[0033] (1)使用低温热处理炉加热不锈钢基板达到100℃，选定增材电流、电弧行进速度、离子气流量和保护气流量工艺参数，然后在不锈钢基板上引燃电弧；
[0034] (2)引燃电弧后，首先利用机器人PLC控制信号打开铁基碳化钨丝材送进开关，铁基碳化钨丝材按照设定的1.0m/min送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度10 cm/min的送进固定时18s，熔化形成长度为30mm的超硬铁基碳化钨增材区域；然后利用机器人PLC控制关闭铁基碳化钨丝材送进，同时打开不锈钢丝材送进开关，然后控制不锈钢丝材按照设定的速度1.8m/min送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度 10cm/min的送进固定时间9s，熔化形成长度为15mm的软质Cr‑Ni不锈钢增材区域。二种材质的丝材循环交替送入等离子弧区域，第1道单道增材长度达到27cm后，熄灭电弧，从而形成纵向上第1道超硬铁基碳化钨增材区域与软质Cr‑Ni不锈钢增材区域交替的单道结构；
[0035] (3)机器人控制焊枪移动相邻第2道增材的起点，引燃电弧，铁基碳化钨丝材按照同样设定的1.0m/min送入电弧熔化，丝材送进时间改为固定时间18s的基础上减少错道时间1s，使得起始端超硬铁基碳化钨增材道长度减小1.7mm；接着同样利用机器人PLC控制关闭铁基碳化钨丝材送进，同时打开不锈钢丝材送进开关，然后控制不锈钢丝材按照设定的速度1.8m/min送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度10cm/min 的送进固定时间9s，熔化形成长度为15mm的软质Cr‑Ni不锈钢增材区域；然后按照步骤(2)单道的增材方式，铁基碳化钨丝材按照设定的1.0m/min送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度10cm/min的送进固定时间18s，熔化形成长度为30mm的超硬铁基碳化钨增材区域；如此循环，直至达到27cm的增材道长度。下一相邻第3道增材焊道，铁基碳化钨丝材起始端丝材送进时间从固定时间18s的基础上减少2倍错道时间 (即2s)，按照相同规律形成第3道单道超硬铁基碳化钨增材区域与软质Cr‑Ni不锈钢增材区域交替的单道结构。以后的相邻焊道铁基碳化钨丝材起始端的送进时间，从固定时间18s，按照增材道数依次减少3×1s，4×1s…n×1s，直至T2时间减小到零，重新按照从铁基碳化钨丝材起始端送进时间为18s开始再次循环，直至增材完20道后，完成单层增材，从而形成横向X方向上超硬铁基碳化钨与软质Cr‑Ni不锈钢区域均是区域交替分布结构；
[0036] (4)机器人控制焊枪移动至第1层第1道增材道的起点，然后按照实际单层厚度3 mm提升相同高度，然后引燃电弧，铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材按照第1层第2道送丝起始端减少错道时间1s开始切换，后面按照铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材固定时间18s和9s方式交替送进熔化，从而形成第2层第1道超硬铁基碳化钨增材区域与软质 Cr‑Ni不锈钢增材区域交替的单道结构；第2层第2道，第2层第3道等第二层的相邻焊道起始处铁基碳化钨丝材送进时间依次减少2×1s,3×1s…(n‑1)×1s,直至T2时间减小到零,重新按照起始处铁基碳化钨丝材送进时间为18s，开始再次循环，完成第2层增材。接着每层的第1道都与前一层的第2道送丝送进切换增材方式相同，每层的第2道都与前一层的第3道送丝送进切换增材方式相同，每层的第n‑1道都与前一层的第n道送丝送进切换增材方式相同，直至增材件达到50cm高后，全部停止堆敷，从而形成多层纵向Y方向和垂直Z方向上的超硬铁基碳化钨与软质Cr‑Ni不锈钢区域均是交替分布的结构。
[0037] 二种交替熔化的丝材为铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材，电弧热源为等离子弧，铁基碳化钨丝材为直径1.6mm粉芯丝材，碳化钨颗粒质量分数为25％；不锈钢丝材为直径 1.2mm实芯丝材，牌号为ER308。
[0038] 二种交替熔化的丝材为铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材，铁基碳化钨粉芯丝材送丝速度为1.0m/min，不锈钢丝材送丝速度为1.8m/min，保证相同单道堆敷高度。
[0039] 铁基碳化钨丝材与不锈钢丝材的在单道增材时机器人利用PLC信号控制送丝的开关，电弧行进速度为10cm/min，铁基碳化钨丝材送进固定时间T1为18s，不锈钢丝材送进固定时间T2为9s。
[0040] 相邻增材道，后面一道的起始处铁基碳化钨丝材送进时间依次减小错道时间1s。
[0041] 相邻增材层，每一层的第1道都与前一层的第2道增材方式相同，每层的第2道都与前一层的第3道增材方式相同，每层的第n‑1道都与前一层的第n道增材方式相同。
[0042] 增材得到的样件平均显微硬度值达到了1432HV，相比于纯不锈钢的202HV有了显著提高；霍普金森杆测试得到的动态屈服强度达到了1800MPa，相比于纯不锈钢的600MPa 也得到了大幅度提升；冲击值为26KJ，相比于纯铁基碳化钨的5KJ也有了一定的提升。
[0043] 实施例2
[0044] 本发明的多维异质结构是采用等离子弧作为熔丝热源，增材过程中设置的增材电流为150A，离子气流量为1.0L/min，保护气流量为20L/min。
[0045] 结合图1～图3，超硬铁基碳化钨与软质不锈钢交替增材的多维异质结构，在横向X 方向、纵向Y方向和垂直Z方向上超硬铁基碳化钨与软质Cr‑Ni不锈钢区域均是区域交替分布。
[0046] 多维异质增材结构，在纵向Y方向上，软质Cr‑Ni不锈钢区域长度小于超硬铁基碳化钨区域的长度，铁基碳化钨增材区域长度L1为45mm，Cr‑Ni不锈钢增材区域长度 L2为15mm。
[0047] 多维异质增材结构，在垂直方向Z方向上，软质Cr‑Ni不锈钢区域厚度与超硬铁基碳化钨区域的厚度接近，厚度δ为5mm。
[0048] 结合图1～图5，多维异质增材结构的制造方法包括以下具体步骤：
[0049] (1)使用低温热处理炉加热不锈钢基板达到150℃，选定增材电流、电弧行进速度、离子气流量和保护气流量工艺参数，然后在不锈钢基板上引燃电弧；
[0050] (2)引燃电弧后，首先利用机器人PLC控制信号打开铁基碳化钨丝材送进开关，铁基碳化钨丝材按照设定的3m/min送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度18 cm/min的送进固定时间15s，熔化形成长度为45mm的超硬铁基碳化钨增材区域；然后利用机器人PLC控制关闭铁基碳化钨丝材送进，同时打开不锈钢丝材送进开关，然后控制不锈钢丝材按照设定的速度5.3m/min送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度18cm/min的送进固定时间5s，熔化形成长度为15mm的软质Cr‑Ni不锈钢增材区域。二种材质的丝材循环交替送入等离子弧区域，第1道单道增材长度达到30cm后，熄灭电弧，从而形成纵向上第1道超硬铁基碳化钨增材区域与软质Cr‑Ni不锈钢增材区域交替的单道结构；
[0051] (3)机器人控制焊枪移动相邻第2道增材的起点，引燃电弧，铁基碳化钨丝材按照同样设定的3.0m/min送入电弧熔化，丝材送进时间改为固定时间18s的基础上减少错道时间1.5s，使得起始端超硬铁基碳化钨增材道长度减小4.5mm；接着同样利用机器人PLC控制关闭铁基碳化钨丝材送进，同时打开不锈钢丝材送进开关，然后控制不锈钢丝材按照设定的速度5.3m/min送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度18 cm/min的送进固定时间7.5s，熔化形成长度为20mm的软质Cr‑Ni不锈钢增材区域；然后按照步骤(2)单道的增材方式，铁基碳化钨丝材按照设定的1.8m/min送入电弧熔化，丝材按照预定电弧行进速度18cm/min的送进固定时间15s，熔化形成长度为40mm 的超硬铁基碳化钨增材区域；如此循环，直至达到30cm的增材道长度。下一相邻第3 道增材焊道，铁基碳化钨丝材起始端丝材送进时间从固定时间15s的基础上减少2倍错道时间(即3s)，按照相同规律形成第3道单道超硬铁基碳化钨增材区域与软质Cr‑Ni 不锈钢增材区域交替的单道结构。以后的相邻焊道铁基碳化钨丝材起始端的送进时间，从固定时间15s，按照增材道数依次减少3×1.5s，4×1.5s…n×1.5s，直至T2时间减小到零，重新按照从铁基碳化钨丝材起始端送进时间为15s开始再次循环，直至增材完25 道后，完成单层增材，从而形成横向X方向上超硬铁基碳化钨与软质Cr‑Ni不锈钢区域均是区域交替分布结构；
[0052] (4)机器人控制焊枪移动到第1层第1道增材道的起点，然后按照实际单层厚度5 mm提升相同高度，然后引燃电弧，铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材按照第1层第2道送丝起始端减少错道时间1.5s开始切换，后面按照铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材固定时间15s和5s方式交替送进熔化，从而形成第2层第1道超硬铁基碳化钨增材区域与软质Cr‑Ni不锈钢增材区域交替的单道结构；第2层第2道，第2层第3道等第二层的相邻焊道起始处铁基碳化钨丝材送进时间依次减少2×1.5s,3×1.5s…(n‑1)×1.5s,直至T2时间减小到零,重新按照起始处铁基碳化钨丝材送进时间为15s，开始再次循环，完成第2层增材。接着每层的第1道都与前一层的第2道送丝送进切换增材方式相同，每层的第2 道都与前一层的第3道送丝送进切换增材方式相同，每层的第n‑1道都与前一层的第n 道送丝送进切换增材方式相同，直至增材件达到60cm高后，全部停止堆敷，从而形成多层纵向Y方向和垂直Z方向上的超硬铁基碳化钨与软质Cr‑Ni不锈钢区域均是交替分布的结构。
[0053] 二种交替熔化的丝材为铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材，电弧热源为等离子弧，铁基碳化钨丝材为直径1.6mm粉芯丝材，碳化钨颗粒质量分数为40％；不锈钢丝材为直径 1.2mm实芯丝材，牌号为ER316L。
[0054] 二种交替熔化的丝材为铁基碳化钨丝材和不锈钢丝材，铁基碳化钨粉芯丝材送丝速度为3.0m/min，不锈钢丝材送丝速度为5.3m/min，保证相同单道堆敷高度。
[0055] 铁基碳化钨丝材与不锈钢丝材的在单道增材时机器人利用PLC信号控制送丝的开关，电弧行进速度为18cm/min，铁基碳化钨丝材送进固定时间T1为15s，不锈钢丝材送进固定时间T2为5s。
[0056] 相邻增材道，后面一道的起始处铁基碳化钨丝材送进时间依次减小错道时间1.5s。
[0057] 相邻增材层，每一层的第1道都与前一层的第2道增材方式相同，每层的第2道都与前一层的第3道增材方式相同，每层的第n‑1道都与前一层的第n道增材方式相同。
[0058] 增材得到的样件平均显微硬度值达到了1362HV，相比于纯不锈钢的196HV有了显著提高；霍普金森杆测试得到的动态屈服强度达到了1640MPa，相比于纯不锈钢的630MPa 也得到了大幅度提升；冲击值为30KJ，相比于纯铁基碳化钨的4KJ也有了一定的提升。
[0059] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不是限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之下，所做的修改，替换，改进等，均应该在本发明的保护范围之内。
