一种基于激光熔化沉积的室温塑性优异的高铌钛铝合金制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光熔化沉积的室温塑性优异的高铌钛铝合金制备方法，属于高温合金技术领域，其特征在于，其以硼粉为增强颗粒，所述硼粉的添加量为0.05wt％～0.13wt％。本发明专利技术通过加入硼晶粒细化剂对高铌钛铝合金进行成分优化，细化合金晶粒，提高合金的室温塑性；同时通过预热降低基板与沉积层之间的温度梯度，消除及抑制基于激光熔化沉积的高铌钛铝合金制备中产生的裂纹。铝合金制备中产生的裂纹。铝合金制备中产生的裂纹。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光熔化沉积的室温塑性优异的高铌钛铝合金制备方法


[0001]本专利技术涉及高温合金
，特别是涉及一种基于激光熔化沉积的室温塑性优异的高铌钛铝合金制备方法。

技术介绍

[0002]具有优异的高温性能的轻质钛铝合金被认为是未来航空领域重要的高温结构材料。然而金属间化合物的本征脆性导致钛铝合金的室温塑性较低，在加工过程中极易发生开裂，严重阻碍了其应用发展。高铌钛铝合金中，铌元素的大量添加在提高合金高温强度的同时也加重了合金的室温脆性，此外，有序B2相的存在不仅进一步降低合金的塑性且进一步加重了合金的开裂问题。高铌钛铝合金存在的塑性差、易开裂问题，严重影响了其在更大规模的工业化中的应用。
[0003]近年来，为了改善钛铝基合金的室温塑性，国内外研究者开展了大量的研究工作。目前，细化晶粒被认为是唯一能同时提高钛铝合金强度、改善塑性的有效手段。有研究表明：当合金的晶粒尺寸为50nm时，其室温塑性达到50％，远远超过常规晶粒尺寸的塑性，且在常温下具有超塑性；在铸造钛铝合金中细化粗大的铸态组织，可显著提高铸态高铌钛铝合金的力学性能。因此，通过细化晶粒获得细小、均匀的片层组织以及改善高铌钛铝合金的室温塑性具有十分重要的意义。
[0004]此外，在增材制造过程中，打印用粉体材料是影响打印成品质量的关键因素，决定着增材制造技术的成形能力边界。纳米粒子特殊的表面结构，使纳米粒子间存在纳米作用能，导致纳米粒子彼此团聚。高能球磨法长时间混合粉末极大降低了合金粉末颗粒的球形度，造成粉体流动性大幅度下降，严重影响增材制造的成形质量，此外高能球磨法难以解决纳米增强颗粒易彼此团聚的问题，造成增材制造的成形件中纳米增强颗粒的团聚和偏聚。因此如何保持合金粉末颗粒的球形度，也是本领域亟待解决的重要问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于激光熔化沉积的室温塑性优异的高铌钛铝合金制备方法，以解决上述现有技术存在的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种基于激光熔化沉积的室温塑性优异的高铌钛铝合金的制备方法，其以硼粉为增强颗粒，所述硼粉的添加量为0.05wt％～0.13wt％。
[0008]进一步地，上述基于激光熔化沉积的室温塑性优异的高铌钛铝合金的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)将硼粉加入到有机溶剂中形成分散液，经超声破碎分散处理，形成颗粒悬浮液；
[0010](2)将球形高铌钛铝合金粉末加入到步骤(1)获得的颗粒悬浮液中并均匀混合，得
到均匀混合的悬浮液；
[0011](3)将步骤(2)获得的均匀混合的悬浮液机械搅拌1～2h，然后进行干燥、过筛处理，得到颗粒增强型高铌钛铝合金粉末；
[0012](4)将用于实现激光熔化沉积的装置的基板进行预热，然后使用激光熔化沉积技术将步骤(3)得到的颗粒增强型高铌钛铝合金粉末进行加工成型，即得所述基于激光熔化沉积的室温塑性优异的高铌钛铝合金。
[0013]进一步地，在步骤(2)中，所述球形高铌钛铝合金粉末的氧含量在700ppm以下，粒径为53～150μm。球形高铌钛铝合金粉末中如果氧含量过高，会影响成形，最终导致成形件中存在大量的气孔等缺陷，且氧含量过高也会严重的降低合金的塑性。
[0014]进一步地，在步骤(1)中，所述硼粉的粉末粒径为90～120nm。
[0015]进一步地，在步骤(1)中，所述有机溶剂为无水乙醇，所述有机溶剂的添加量为所述球形高铌钛铝合金粉末重量的10％～20％。
[0016]进一步地，在步骤(1)中，所述超声破碎分散的频率为20～25KHz，时间为15～60min。
[0017]进一步地，在步骤(2)中，所述的均匀混合的方法为超声结合机械搅拌分散，其中，超声频率为20～25KHz，搅拌转速为50～100r/min，时间为15～45min。
[0018]进一步地，其特征在于，在步骤(3)中，所述干燥过程在真空干燥箱中进行，干燥温度为60～80℃，干燥时间为12～24h。
[0019]进一步地，在步骤(4)中，所述预热的加热装置采用电磁感应线圈，所述电磁感应线圈设置在基板的托板上，预热温度为900～1000℃。
[0020]进一步地，在步骤(4)中，所述加工成型具体包括：根据预设成型零件CAD模型分层切片信息的加工路径，激光将喷嘴同步送给的粉末进行逐层熔化、快速凝固、逐层沉积，最终获得预设成型零件。
[0021]本专利技术选用单质硼作为晶粒细化剂，能够析出细小的硼化物钉扎晶界，抑制晶粒的长大，起细晶强化作用；析出的硼化物阻碍位错运动起到沉淀强化作用；同时添加硼还具有改善β相以及Al元素偏析以及使柱状晶转变为等轴晶等作用。此外，细化的晶粒还可以抑制裂纹的快速扩展，提高合金的综合力学性能。
[0022]本专利技术的激光熔化沉积技术采用同轴送粉的方式，其扫描速度低，冷却速度小，有助于抑制残余应力以及钛铝合金凝固时脆性α2相的产生。而且，激光熔化沉积过程中可以自由调整激光聚焦点的高度，将激光束散焦于沉积层上方，在足够高的激光功率下使粉末在进入熔池之前被充分预热，达到消除裂纹的目的。
[0023]本专利技术硼粉与球形高铌钛铝合金粉末的均匀混合方法为超声结合机械搅拌分散。超声波依靠液体的超声空化作用，在液体中具有很好的分散作用。超声振动传递到液体中时，会在液体中激发强烈的空化效应，从而在液体中产生大量的空化气泡，随着空化气泡的产生和爆破，液体中产生微射流，击碎液体中的大型固体颗粒，同时由于超声波的振动和分散作用，使得固液更加充分的混合。
[0024]本专利技术公开了以下技术效果：
[0025](1)本专利技术引入单质硼作为晶粒细化剂，起到细晶强化作用，当硼的添加量为合金重量的0.13wt％时细化效果最显著；析出的硼化物阻碍位错运动起到沉淀强化作用；同时
还有效改善β相以及Al元素偏析以及使柱状晶转变为等轴晶等作用。此外，细化的晶粒可以抑制裂纹的快速扩展，提高合金的综合力学性能。
[0026](2)本专利技术采用超声
‑
搅拌的方法制备颗粒增强型高铌钛铝合金粉末，此方法原料选取广泛，制备方法简单易操作，制备成本低，在保证高铌钛铝合金良好的球形形状不受破坏的基础上，通过超声作用使得硼粉得到良好的分散以及使其均匀分散的吸附在高铌钛铝合金球形粉末上。该方法制备获得的颗粒增强型高铌钛铝合金粉末球形度高、流动性好，符合激光熔化沉积技术的要求。
[0027](3)本专利技术采用激光熔化沉积技术制备成形高铌钛铝合金，选用与沉积层同成分的合金作为基板，降低基板与沉积层之间的热膨胀系数；在沉积前利用电磁感应加热的方式预热基板，沉积过程中利用温度控制装置使基板温度不低于900℃，沉积结束后利用温度控制装置和冷却装置控制冷却速率，降低基板与沉积层之间的温度梯度。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光熔化沉积的室温塑性优异的高铌钛铝合金的制备方法，其特征在于，其以硼粉为增强颗粒，所述硼粉的添加量为0.05wt％～0.13wt％。2.根据权利要求1所述的基于激光熔化沉积的室温塑性优异的高铌钛铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硼粉加入到有机溶剂中形成分散液，经超声破碎分散处理，形成颗粒悬浮液；(2)将球形高铌钛铝合金粉末加入到步骤(1)获得的颗粒悬浮液中并均匀混合，得到均匀混合的悬浮液；(3)将步骤(2)获得的均匀混合的悬浮液机械搅拌1～2h，然后进行干燥、过筛处理，得到颗粒增强型高铌钛铝合金粉末；(4)将用于实现激光熔化沉积的装置的基板进行预热，然后使用激光熔化沉积技术将步骤(3)得到的颗粒增强型高铌钛铝合金粉末进行加工成型，即得所述基于激光熔化沉积的室温塑性优异的高铌钛铝合金。3.根据权利要求1所述的基于激光熔化沉积的室温塑性优异的高铌钛铝合金的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述球形高铌钛铝合金粉末的氧含量在700ppm以下，粒径为53～150μm。4.根据权利要求1所述的基于激光熔化沉积的室温塑性优异的高铌钛铝合金的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述硼粉的粉末粒径为90～120nm。5.根据权利要求1所述的基于激光熔化沉积的室温塑性优异的高铌钛铝合金的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：何博，霍俊美，张奇，贾文静，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：