一种选区激光熔化成型制备钛合金零件的方法技术

本发明专利技术提供了一种选区激光熔化成型制备钛合金零件的方法，将钛合金粉末进行球磨混料处理后输送到选区激光熔化快速成型设备，根据导入所述选区激光熔化快速成型设备的零件CAD图成型钛合金零件；在成型过程中，同时以每分钟3～5升的流量输入百分比为35～45％的氮气和55～65％的氩气混合物，钛和氮气在1220℃～1480℃之间进行自蔓延高温合成反应生成氮化钛，在氩条件下，钛和石墨中的碳在1260℃～1523℃之间发生反应生成碳化钛；反应生成的氮化钛和碳化钛并与钛合金零件融为一体；并将成型的钛合金零件进行分段冷却处理。采用本发明专利技术的技术方案，所生成的钛合金零件具有更优的耐磨性和耐腐蚀性，同时不会像传统的氮化钛、碳化钛复合涂层的膜层容易从钛合金上剥落，无需另外将钛合金表面进行涂膜和防蚀处理，即节约了成本，又无需增加其他加工工序。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属材料，涉及钛合金零件制造
，具体涉及一种选区激光熔化成型制备钛合金零件的方法。
技术介绍
钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高、易焊接等特点而被广泛用于航空、制作假体装置等生物材料。然而，钛及钛合金的表面硬度较低，化学活性较大，据文献报道钛合金种植体感染的发生率平均高达5.8％。因此，进一步提高钛及钛合金耐腐蚀、抗高温氧化等表面性能就成了亟需解决的问题。除改进合金的成分和制备工艺外，对钛合金进行表面碳化钛、氮化钛涂层改性是目前常用的方法。碳化钛和氮化钛的制备方法主要有：自蔓延高温合成法、化学气相沉积法、熔融金属浴中合成法、机械合金化法、机械诱发自蔓延反应法等。其制作生产成本高和和纯度低，难以实现工业规模化生产。且碳化钛和氮化钛复合涂层的膜层容易从钛合金基体上剥落。因此，开发出适宜的制备的碳化钛和氮化钛的方法，提高钛合金耐蚀性，对于降低生产成本，扩大钛合金的应用领域有重要的意义。 选区激光熔化(Selective laser melting，简称SLM)成型技术能直接快速制造任意复杂形状的金属零件，代表了当前快速成型技术的最新发展方向，能为高熔点金属制件以及定制化产品的快速制造要求提供切实可行的方案。钛合金结构件激光快速成型过程极其复杂,其中涉及到激光与钛合金粉末相互反应、液相烧结、传热、冷凝等，零件在激光成型过程中经历的高能激光束的长期周期性剧烈加热和冷却。钛合金成形金属零件过程中还存在球化、裂纹、变形、翘曲、脱层等瓶颈问题亟待国内外学者的解决。故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种选区激光熔化成型制备钛合金零件的方法，将铝、石墨、钪和钛粉末进行选区激光熔化快速成型，输送到隋性气体氮气和氩气的混合气体，自蔓延高温合成法生成的氮化钛、碳化钛与钛合金零件溶为一体，再采用分段冷却法得到本专利技术的钛合金零件。采用该方法制备的钛合金零件具有更优的耐磨性和耐腐蚀性。 为解决现有技术存在的问题，本专利技术的技术方案为： 一种选区激光熔化成型制备钛合金零件的方法，包括以下步骤： (1)将金属粉末混合为钛合金粉末，其中，所述钛合金粉末由5.5～8.5％(重量)的铝、6.5～9.5％(重量)的石墨、0.02～0.08％(重量)的钪，其余为钛和不可避免的杂质组成，以上各组分之和为100％； (2)将步骤(1)中的钛合金粉末进行球磨混料处理； (3)将经球磨混料处理后的钛合金粉末输送到选区激光熔化快速成型设备，根据导入所述选区激光熔化快速成型设备的零件CAD图成型钛合金零件； (4)在成型过程中，同时以每分钟3～5升的流量输入百分比为35～45％的氮气和55～65％的氩气混合物，钛和氮气在1220℃～1480℃之间以上进行自蔓延高温合成反应生成氮化钛，在氩条件下，钛和石墨中的碳在1260℃～1523℃之间发生反应生成碳化钛；反应生成的氮化钛和碳化钛并与钛合金零件融为一体； (5)将成型的钛合金零件进行分段冷却处理。 优选地，所述步骤(2)中球磨处理的参数为：球料比1:2～1:4，转速40～90rpm，球磨时间2～4h，使钛合金粉末呈球形，粒径不超过50μm。 优选地，所述步骤(3)中选区激光熔化快速成型设备的参数为：输出功率为180～200W，扫描速度为700～800mm/s,金属粉末铺粉厚度为0.25～0.30mm，成型缸每层的下降量为30～40μm。 优选地，所述步骤(5)中分段冷却处理还包括以下步骤： 第一阶段，在选区激光熔化高温保温结束后，以每小时80～100℃冷却到950℃,保持1～1.5小时； 在第二阶段，以每小时80～100℃水冷却到650℃,保持2～3小时； 第三阶段，以每小时100～140℃空冷至常温。 优选地，所述选区激光熔化快速成型设备为德国的SLM Solutions 250HL。 优选地，成型的钛合金零件尺寸为50x50x50mm。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下： (1)本专利技术中选区激光熔化工艺过程中，自蔓延高温合成法生成的氮化钛、碳化钛与钛合金零件融为一体，成为解决本专利技术中所生成的钛合金的耐磨和耐腐蚀问题的主要关键技术。不会像传统的氮化钛、碳化钛复合涂层的膜层容易从钛合金上剥落，无需另外将钛合金表面进行涂膜和防蚀处理，即节约了成本，又无需增加其他加工工序。 (2)用JSM‐6460型扫描电子显微镜对钛合金零件用盐酸(HCL)溶液浸泡前后其零件表面、拉伸断口形貌未见明显变化。从图2和图3可以证明两点：一是该专利技术中钛合金成形金属零件解决了传统方法中存在的球化、裂纹、变形、翘曲、脱层等问题；二是证明该专利技术中的钛合金零件具有良好的抗腐蚀性。 (3)钛合金原料由铝、石墨、钪和钛组成，相比其他钛合金具有原料价格相对便宜、强度高、质地轻、抗腐蚀性良好等特点，具有良好的工业应用价值。 附图说明 图1为本专利技术选区激光熔化成型制备钛合金零件的方法的流程图； 图2为采用本专利技术方法制备的钛合金零件在腐蚀前后的表面显微组织结构图； 图3为采用本专利技术方法制备的钛合金零件在腐蚀前后的拉伸断口形貌结构图。 具体实施方式 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。 相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本专利技术有更好的了解，在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。 参见图1，所示为本专利技术选区激光熔化成型制备钛合金零件的方法的流程图，包括以下步骤： (1)将金属粉末混合为钛合金粉末，其中，所述钛合金粉末由5.5～8.5％(重量)的铝、6.5～9.5％(重量)的石墨、0.02～0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种选区激光熔化成型制备钛合金零件的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将金属粉末混合为钛合金粉末，其中，所述钛合金粉末由5.5～8.5％(重量)的铝、6.5～9.5％(重量)的石墨、0.02～0.08％(重量)的钪，其余为钛和不可避免的杂质组成，以上各组分之和为100％；(2)将步骤(1)中的钛合金粉末进行球磨混料处理；(3)将经球磨混料处理后的钛合金粉末输送到选区激光熔化快速成型设备，根据导入所述选区激光熔化快速成型设备的零件CAD图成型钛合金零件；(4)在成型过程中，同时以每分钟3～5升的流量输入百分比为35～45％的氮气和55～65％的氩气混合物，钛和氮气在1220℃～1480℃之间进行自蔓延高温合成反应生成氮化钛，在氩条件下，钛和石墨中的碳在1260℃～1523℃之间发生反应生成碳化钛；反应生成的氮化钛和碳化钛并与钛合金零件融为一体；(5)将成型的钛合金零件进行分段冷却处理。

【技术特征摘要】
1.一种选区激光熔化成型制备钛合金零件的方法，其特征在于，包括以下
步骤：
(1)将金属粉末混合为钛合金粉末，其中，所述钛合金粉末由5.5～8.5％
(重量)的铝、6.5～9.5％(重量)的石墨、0.02～0.08％(重量)的钪，其余为
钛和不可避免的杂质组成，以上各组分之和为100％；
(2)将步骤(1)中的钛合金粉末进行球磨混料处理；
(3)将经球磨混料处理后的钛合金粉末输送到选区激光熔化快速成型设
备，根据导入所述选区激光熔化快速成型设备的零件CAD图成型钛合金零件；
(4)在成型过程中，同时以每分钟3～5升的流量输入百分比为35～45％的
氮气和55～65％的氩气混合物，钛和氮气在1220℃～1480℃之间进行自蔓延高温
合成反应生成氮化钛，在氩条件下，钛和石墨中的碳在1260℃～1523℃之间发
生反应生成碳化钛；反应生成的氮化钛和碳化钛并与钛合金零件融为一体；
(5)将成型的钛合金零件进行分段冷却处理。
2.根据权利要求1所述的选区激光熔化成型制备钛合金零件的方法，其特
征在于，所述步骤(2)中球磨处理的参数为：球料比1:2～1:4，转速40～

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢腊梅，何宏，周盛华，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33