一种适用于激光增材制造的高强钛合金及其制备方法

本发明涉及用于增材制造的高强钛合金，具体是一种适用于激光增材制造的高强钛合金及其制备方法。

背景技术：

1、钛合金具有轻质高强、耐热、耐腐蚀等诸多性能优点。同时激光3d打印技术具有复杂形状近净成形、生产周期短等工艺优势，因此钛合金激光3d打印技术在航空航天、医疗器械等诸多领域具有广泛的应用前景。与传统加工方式相比，slm技术具有近净成形、可成形复杂零件等特点；与其它金属增材制造技术相比，slm具有成本相对较低、成形精度高、零件性能优异等优势。但是，在slm制备钛合金的过程中容易形成粗大柱状晶，导致材料性能下降。为了改善这一问题，一种有效的方法是通过控制合金成分，促进柱状晶向等轴晶转变(cet)。

2、文献composites.part b,engineering 216(2021)108854研究了硼元素对增材制造ti-fe合金微观组织和力学性能的影响，发现0.1wt％的硼元素可以促进晶粒的等轴化转变，片层α的平均宽度仅为(1.79±0.37)μm，但其抗拉强度和断后伸长率较低，分别仅为779mpa和16％。

3、文献journal ofalloys and compounds 877(2021)160122利用置氢钛合金粉末进行定向能量沉积，发现1.0wt％的氢元素可以有效促进增材制造钛合金组织的等轴化转变，然后利用真空热处理去除氢元素，但这样制得的钛合金在高温下性能下降明显。

4、文献virtual and physical prototyping 16:4(2021)417-427发现加入镍可以实现打印态tc4的晶粒细化，增强ti-6al-4v合金的塑性变形能力，微量ni加成可以使钛合金具有较高的屈服强度，但此时tc4的延伸率显著降低。

技术实现思路

1、本发明的目的是在尽可能减少塑形损失的情况下最大限度地提高合金在室温下的强度，避免由于单一合金元素添加时的多种因素造成部分合金元素偏聚及塑性下降的问题。而提供一种适用于激光增材制造的高强钛合金及其制备方法。

2、一种适用于激光增材制造的高强钛合金由球形钛基粉末和高温合金粉末组成；所述高温合金粉末为gh3536合金粉末、gh128合金粉末或gh4169合金粉末。

3、一种适用于激光增材制造的高强钛合金的制备方法具体按以下步骤进行：

4、一、将球形钛基粉末和高温合金粉末按比例混合放入球磨罐中，在氩气环境下通过球磨混匀后在球磨罐中静置，获得钛基混合粉末；

5、二、将钛基混合粉末置于slm打印机中进行选区激光熔化，获得高强钛合金构件；

6、三、将高强钛合金构件进行切割打磨，获得高强钛合金构件成品。

7、本发明的有益效果：

8、本发明采用的钛基混合粉末是由市面上所售卖的现有球形粉末通过球磨制备而成，可以直接采购市面上现有球形粉末，不用自行制备粉末，方便快捷。

9、本发明采用高温合金与钛基材料混合的方法，使高强钛合金同时实现了固溶强化、细晶强化，使其室温拉伸强度可以超过1500mpa。

10、本发明采用激光选区熔化成型技术置备高强钛合金可实现100微米尺度精细结构设计，并且可制备空间形状复杂的结构，该种尺寸精度和复杂结构是现有其他传统钛合金加工技术所不能实现的；同时激光选区熔化成型技术成熟度高，可降低打印材料所需时间与金钱成本，从而低成本制备出大批量的高强钛合金，也可实现定制化生产，更好的满足使用需求。

技术特征：

1.一种适用于激光增材制造的高强钛合金，其特征在于适用于激光增材制造的高强钛合金由球形钛基粉末和高温合金粉末组成；所述高温合金粉末为gh3536合金粉末、gh128合金粉末或gh4169合金粉末。

2.根据权利要求1所述的一种适用于激光增材制造的高强钛合金，其特征在于所述球形钛基粉末为纯钛粉末、tc4钛合金粉末、ta15钛合金粉末、tc11钛合金粉末、tc18钛合金粉末或ti55钛合金粉末。

3.根据权利要求1所述的一种适用于激光增材制造的高强钛合金，其特征在于所述适用于激光增材制造的高强钛合金中高温合金粉末占0.5wt％～10wt％。

4.如权利要求1所述的一种适用于激光增材制造的高强钛合金的制备方法，其特征在于适用于激光增材制造的高强钛合金的制备方法具体按以下步骤进行：

5.根据权利要求4所述的一种适用于激光增材制造的高强钛合金的制备方法，其特征在于步骤一中所述球形钛基粉末的粒径为10～55μm，所述高温合金粉末的粒径为3～20μm。

6.根据权利要求4所述的一种适用于激光增材制造的高强钛合金的制备方法，其特征在于步骤一中钛基混合粉末中高温合金粉末占0.5wt％～10wt％。

7.根据权利要求4所述的一种适用于激光增材制造的高强钛合金的制备方法，其特征在于步骤一中所述球磨的转速为180～220r/min，球磨时间为4～5h，球料比为(3～5):1。

8.根据权利要求4所述的一种适用于激光增材制造的高强钛合金的制备方法，其特征在于步骤一中静置时间为5h以上。

9.根据权利要求4所述的一种适用于激光增材制造的高强钛合金的制备方法，其特征在于步骤二中所述选区激光熔化是通过设计所述高强钛合金构件尺寸与结构，建立数字模型，设置激光3d打印参数，对钛基混合粉末进行激光3d打印。

10.根据权利要求9所述的一种适用于激光增材制造的高强钛合金的制备方法，其特征在于所述激光3d打印参数为：激光功率为125～185w，扫描速度为1100～1300mm/s，粉层厚度为30～60μm。

技术总结一种适用于激光增材制造的高强钛合金及其制备方法。本发明涉及用于增材制造的高强钛合金技术领域，具体是一种适用于激光增材制造的高强钛合金及其制备方法。本发明的目的是在尽可能减少塑形损失的情况下最大限度地提高合金在室温下的强度，避免由于单一合金元素添加时的多种因素造成部分合金元素偏聚及塑性下降的问题。材料由由球形钛基粉末和高温合金粉末组成。方法：一、原料比例混合放入球磨罐，在氩气环境下通过球磨混匀后在球磨罐中静置，获得钛基混合粉末；二、钛基混合粉末置于SLM打印机中进行选区激光熔化，获得高强钛合金构件；三、将高强钛合金构件切割打磨，获得高强钛合金构件成品。本发明用于激光增材制造的高强钛合金的制备。技术研发人员：黄陆军,张驰林,安琦,金峻宇,胡胜男,程煜轩,龚德龙,崔丽华,刘世祎受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1