一种运用激光烧结提高钛纳米复合材料性能的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高钛纳米复合材料耐蚀性能的方法，钛合金具有良好的硬度，耐蚀性以及导热性，但随之应用的广泛，需要更好的性能，石墨烯具有良好的力学性能，并能提高金属的性能。本发明专利技术介绍了利用石墨烯增强钛纳米复合材料的力学性能，但钛是一种能与碳发生反应的金属，利用激光烧结这一快速化工艺，能够有效的抑制钛和石墨烯中碳的反应，以达到利用石墨烯来增强钛纳米复合材料性能的目的。

A method of improving the properties of titanium nanocomposites by laser sintering

【技术实现步骤摘要】
一种运用激光烧结提高钛纳米复合材料性能的方法
本专利技术涉及一种运用激光烧结提高钛纳米复合材料性能的方法在材料力学性能领域有所进步，具体涉及一种高耐蚀材料的制备方法。
技术介绍
激光烧结技术激光烧结就成为产品开发的一项成功的工具，激光烧结是一项分层加工制造技术，这项技术的前提是物件的三维数据可用。利用激光可实现高熔点金属和陶瓷的黏结，激光烧结制备的部件，具有性能好、制作速度快、材料多样化，成本低等特点。由于激光光束集中和穿透能力小，适于对小面积、薄片制品的烧结。易于将不同于基体成分的粉末或薄片压坯烧结在一起。激光烧结是一种快速熔化快速凝固的工艺过程，这一过程能够抑制石墨烯与钛发生反应，有助于石墨烯在钛的基体中存留。石墨烯具有良好的力学性能和经济性。石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，在非极溶性溶液中表现出良好的溶解性，具有超疏水性和超亲油性。石墨烯是一种二维晶体，人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。发展简史。第一：石墨烯是世界上强度最大的材料，据测算如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约100纳米），那么它会能承受大约两吨重物品的压力，而不至于断裂；第二：石墨烯是世界上导电性最好的材料，也是钛纳米复合材料的理想增强相，它可以同时提高复合材料的力学性能和热传导率。钛是一种化学元素，在化学元素周期表中位于第4周期、第IVB族，化学符号Ti，原子序数22。其特点事重量轻、强度高、具金属光泽，耐湿氯气腐蚀。钛被认为是一种稀有金属，这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。但其相对丰度在所有元素中居第十位。在各个方面有着广泛的应用。钛能与铁、铝、钒或钼等其他元素熔成合金，造出高强度的轻合金，在各方面有着广泛的应用，包括航天（喷气发动机、导弹及航天器）、军事、工业程序（化工与石油制品、海水淡化及造纸）、汽车、农产食品、医学（义肢、骨科移植及牙科器械与填充物）、运动用品、珠宝及手机等等。钛具有良好的性能，当然，随着现在社会对金属要求的越来越高，如今钛的力学性能已经不能满足人们的需要，在钛原有性能的基础上，对钛进行了进一步的升级。可以将钛与其他材料进行混合，甚至通过各种各样的方法对钛进行加工，使其获得更好的，为人类所应用的性能。
技术实现思路
一种运用激光烧结提高钛纳米复合材料性能的方法。为了在原有材料力学性能的基础上继续提高材料的性能，提出了一种利用石墨烯的良好性能与钛纳米复合材料相结合的方法，并且经过复合超生的高压扭转挤压，最后在激光烧结下形成具有更优力学性能的钛纳米复合材料。复合振动高压扭转法有利于两者混合更加充分，而且可以使石墨烯与钛粉完成不同程度的塑性变形。激光烧结，则避免了钛与石墨烯发生反应。一种运用激光烧结提高钛纳米复合材料性能的方法，其特征在于将钛粉与石墨烯混合，通过复合超声高压扭转制备块体钛纳米复合材料，最后在通过激光烧结的方法提高纳米复合材料的性能的方法，包括粉末配置过程、复合超声振动高压扭转、溶液配制过程、激光烧结四个过程。粉末配置过程：主要包括多层石墨烯（厚度2微米）和纯钛粉末（平均直径1微米），将质量为0.1g的石墨烯与质量为1.9g的纯钛粉在自动旋转不锈钢混料机中旋转30S，实现两者的混合均匀。复合超声高压扭转阶段：变幅杆振动频率20-100kHz，振幅20-100μm，工具头距压头轴线20-40毫米，工具头距压头轴线20-40毫米，选择高压扭转系统，通过高压扭转系统调整压头的转速为500-1000rpm，下压力为1-3GPa，扭压时间为20-30min，扭压次数3-5次，实现粉末的连续剧烈塑性变形。溶液配置过程：将经过剧烈塑性变形的钛粉和石墨烯片取出，另取2g分散剂聚乙烯醇，加入50g去离子水中，在120度下使用磁力搅拌器搅拌12h，制成溶液用于涂制样品。激光烧结过程：把预涂样件放到充满氩气的透明烧结盒中，用IPG光线烧结系统进行烧结，激光频率为50kHz。激光的功率为80W，光斑直径0.8mm，扫描速度2mm/s，扫描间距0.25mm。本专利技术特征在于经过复合高压扭转可以实现粉末的更加剧烈的塑性变形，剧烈塑性变形后的样品配制成溶液，最后经过激光烧结可以提高钛纳米复合材料的耐蚀性能还有硬度。本专利技术特征是通过超声振动的辅助，超声波发生器通过信号传输线连接振动单元，换能器与变幅杆相连，变幅杆再连着工具头，二者均通过双头螺柱连接，工具头的超声振动导入点在压头下方的高压扭转区域，振动单元通过定位卡具与压头固定，紧压在待变形粉末混合物包套上，由工具头从压头周围的先将超声波导入待变形粉末混合物内；工具头距压头轴线20-40毫米；所述的工具头与水平面呈20°-60°夹角；所述的工具头端面制成球面，材料为工具钢或硬质合金。本专利技术特征在于配制成溶液后的样品经过激光烧结。钛是一种能与碳发生反应的金属，利用激光烧结这一快速化工艺，能够有效的抑制钛和石墨烯中碳的反应，经过烧结后的钛纳米复合材料，在力学性能方面有了新的进步，且激光烧结制备的材料性能好，激光烧结的速度快。附图说明下面是结合附图和实施案例对本专利技术的具体实施方案进行详细地说明。图1是本专利技术利用的复合超声振动高压扭转法工艺示意图；图2为图1中为本专利技术试样毛坯及包套的放大示意图；图3为激光烧结示意图。上述图中的标记为：图1是本专利技术利用的复合超声振动高压扭转法工艺示意图中的1.压头，2.粉末混合物毛坯及包套，3.扭压模具，4.底座，5.顶杆A1，6.变幅杆，7.工具头，8.超声波发生器，9.换能器，10.控制面板。图2为图1中粉末混合物毛坯及包套的放大示意图1.顶盖，2.粉末混合物毛坯，3.粉末包套。图3为激光烧结示意图：1.扫描镜，2.激光束，3.平整滚，4.激光器，5.粉末。具体实施方式实例。一种运用激光烧结提高钛纳米复合材料性能的方法，其特征在于将钛粉与石墨烯混合，通过复合超声高压扭转制备块体钛纳米复合材料，最后在通过激光烧结的方法提高纳米复合材料的性能的方法，包括粉末配置过程、复合超声振动高压扭转、溶液配制过程、激光烧结四个过程。粉末配置过程：主要包括多层石墨烯（厚度2微米）和纯钛粉末（平均直径1微米），将质量为0.1g的石墨烯与质量为1.9g的纯钛粉在自动旋转不锈钢混料机中旋转30S，实现两者的混合均匀。复合超声高压扭转阶段：变幅杆振动频率20-100kHz，振幅20-100μm，工具头距压头轴线20-40毫米，工具头距压头轴线20-40毫米，选择高压扭转系统，通过高压扭转系统调整压头的转速为500-1000rpm，下压力为1-3GPa，扭压时间为20-30min，扭压次数3-5次，实现粉末的连续剧烈塑性变形。溶液配置过程：将经过剧烈塑性变形的钛粉和石墨烯片取出，另取2g分散剂聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运用激光烧结提高钛纳米复合材料性能的方法，其特征在于将钛粉与石墨烯混合，通过复合超声高压扭转制备块体钛纳米复合材料，最后在通过激光烧结的方法提高纳米复合材料的性能的方法，包括粉末配置过程、复合超声振动高压扭转、溶液配制过程、激光烧结四个过程；/n（a）粉末配置过程：主要包括多层石墨烯（厚度2微米）和纯钛粉末（平均直径1微米），将质量为0.1g的石墨烯与质量为1.9g的纯钛粉在自动旋转不锈钢混料机中旋转30S，实现两者的混合均匀；/n（b）复合超声高压扭转阶段：变幅杆振动频率20-100kHz，振幅20-100μm，工 具头距压头轴线20-40毫米，工具头距压头轴线20-40毫米，选择高压扭转系统，通过高压扭转系统调整压头的转速为500-1000rpm，下压力为1-3GPa，扭压时间为20-30min，扭压次数 3-5次，实现粉末的连续剧烈塑性变形；/n（c）溶液配置过程：将经过剧烈塑性变形的钛粉和石墨烯片取出，另取2g分散剂聚乙烯醇，加入50g去离子水中，在120度下使用磁力搅拌器搅拌12h，制成溶液用于涂制样品；/n（d）激光烧结过程：把预涂样件放到充满氩气的透明烧结盒中，用IPG光线烧结系统进行烧结，激光频率为50kHz；激光的功率为80W，光斑直径0.8mm，扫描速度2mm/s，扫描间距0.25mm。/n...

【技术特征摘要】
1.一种运用激光烧结提高钛纳米复合材料性能的方法，其特征在于将钛粉与石墨烯混合，通过复合超声高压扭转制备块体钛纳米复合材料，最后在通过激光烧结的方法提高纳米复合材料的性能的方法，包括粉末配置过程、复合超声振动高压扭转、溶液配制过程、激光烧结四个过程；
（a）粉末配置过程：主要包括多层石墨烯（厚度2微米）和纯钛粉末（平均直径1微米），将质量为0.1g的石墨烯与质量为1.9g的纯钛粉在自动旋转不锈钢混料机中旋转30S，实现两者的混合均匀；
（b）复合超声高压扭转阶段：变幅杆振动频率20-100kHz，振幅20-100μm，工具头距压头轴线20-40毫米，工具头距压头轴线20-40毫米，选择高压扭转系统，通过高压扭转系统调整压头的转速为500-1000rpm，下压力为1-3GPa，扭压时间为20-30min，扭压次数3-5次，实现粉末的连续剧烈塑性变形；
（c）溶液配置过程：将经过剧烈塑性变形的钛粉和石墨烯片取出，另取2g分散剂聚乙烯醇，加入50g去离子水中，在120度下使用磁力搅拌器搅拌12h，制成溶液用于涂制样品；
（d）激光烧结过程：把预涂样件放到充满氩气的透明烧结盒中，用IPG光线烧结系统进行烧结，激光频率为50kHz；激光的功率为80W，光斑直径0.8mm，扫描速度2mm/s，扫描间距0.25mm。


2.根据权利要求1所述一种运用激光烧结提高钛纳米复合材料性能的方法，特点在于经过复合高压扭转可以实...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐淑波，张世超，孙海波，孙化鑫，王瀚林，刘建营，孙星，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：山东;37