用于激光增材制备钛合金件的钛合金混合粉末及使用激光增材的方式制备钛合金件的方法技术

本申请涉及一种用于激光增材制备钛合金件的钛合金混合粉末及使用激光增材的方式制备钛合金件的方法，属于激光增材制造技术领域。其中，钛合金混合粉末包括：ZrB2粉末、Al

【技术实现步骤摘要】
用于激光增材制备钛合金件的钛合金混合粉末及使用激光增材的方式制备钛合金件的方法


[0001]本申请涉及激光增材制造
，且特别涉及一种用于激光增材制备钛合金件的钛合金混合粉末及使用激光增材的方式制备钛合金件的方法。

技术介绍

[0002]钛合金具有强度高、密度低、耐腐蚀性能优异等特点，在航空航天、生物医疗等领域得到了广泛的应用。相对于传统加工工艺手段，激光增材制造可以对复杂的零件进行近净成形，生产过程无模具，极大的降低生产周期和生产成本。
[0003]然而，现有技术中，沉积态的钛合金晶粒垂直于基板界面生长成为粗大的柱状晶组织，且柱状晶内部会形成尺寸粗大的α板条组织，极大影响了沉积态材料的力学性能，并使得材料呈现明显的各向异性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本申请实施例提供一种用于激光增材制备钛合金件的钛合金混合粉末及使用激光增材的方式制备钛合金件的方法，能够细化钛合金的晶粒尺寸和细化晶粒内部的α板条组织，提高了钛合金件的性能。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种用于激光增材制备钛合金件的钛合金混合粉末，包括：ZrB2粉末、Al
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Zr合金粉末和钛合金粉末；ZrB2粉末占钛合金混合粉末的质量百分含量为0.1％
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1％，Al
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Zr合金粉末占钛合金混合粉末的质量百分含量0.5％
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2％。
[0006]钛合金混合粉末中添加有ZrB2粉末，通过激光增材进行钛合金件的制备时，其可以为熔池冷却凝固过程中提供形核剂，使沉积态钛合金组织由柱状晶转变为等轴晶，减小了沉积钛合金的晶粒大小；同时，该混合粉末中添加有Al
‑
Zr合金粉末，激光增材时增加了熔池金属的过冷度，有助于晶粒的细化以及α板条组织的细化，提升了材料的塑性，并极大降低了沉积态材料的各向异性。
[0007]在本申请的部分实施例中，ZrB2粉末为球形颗粒，ZrB2粉末的颗粒直径范围为50
‑
1000nm。
[0008]在本申请的部分实施例中，Al
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Zr合金粉末为球形颗粒，Al
‑
Zr合金粉末的颗粒直径范围为50
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200μm；Al
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Zr合金粉末中Zr的质量百分含量为80％
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90％。
[0009]在本申请的部分实施例中，钛合金粉末为球形颗粒，钛合金粉末的颗粒直径范围为50
‑
200μm。
[0010]第二方面，本申请实施例提供了一种使用激光增材的方式制备钛合金件的方法，包括如下步骤：使用激光增材的方式将上述钛合金混合粉末沉积于基板上。
[0011]进行激光增材的钛合金混合粉末中添加有ZrB2粉末，其可以为熔池冷却凝固过程中提供形核剂，使沉积态钛合金组织由柱状晶转变为等轴晶，减小了沉积钛合金的晶粒大小；同时，该混合粉末中添加有Al
‑
Zr合金粉末，增加了熔池金属的过冷度，有助于晶粒的细
化以及α板条组织的细化，提升了材料的塑性，并极大降低了沉积态材料的各向异性。
[0012]在本申请的部分实施例中，激光增材在惰性气体条件下进行，氧气含量保持在≤5ppm的范围内。
[0013]在本申请的部分实施例中，激光增材的方式包括：将混合粉末置于送粉器内，将基板固定于增材工作台上；设置激光增材的参数；控制送粉器的送粉头位于基板上方，激光头发出的激光焦点位于基板的表面；运行激光增材程序。
[0014]在本申请的部分实施例中，激光增材的参数包括：送粉器转速为7
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25r/min，送粉器中的粉末吹气为惰性气体，气体流量为8
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20l/min；激光功率为400
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3000W，沉积层高为0.1
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0.5mm，激光头的运动速率为500
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1500mm/min。
[0015]在本申请的部分实施例中，激光焦点处的激光光斑的直径为1.2
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2.4mm。
[0016]在本申请的部分实施例中，基板为钛合金基板。
[0017]在本申请的部分实施例中，基板在沉积之间，还包括对基板的表面进行打磨、清洗和干燥的步骤。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0019]图1为本申请实施例提供的使用激光增材的方式制备钛合金件的方法的工艺流程图；
[0020]图2为实施例1提供的钛合金件的沉积态组织的结构示意图；
[0021]图3为实施例1提供的钛合金件的沉积态组织的放大结构示意图；
[0022]图4为实施例1提供的钛合金件的沉积态组织形核颗粒图；
[0023]图5为图4中颗粒物的衍射斑点；
[0024]图6为对比例1提供的钛合金件的沉积态组织的结构示意图；
[0025]图7为对比例1提供的钛合金件的沉积态组织的放大结构示意图；
[0026]图8为实施例1和对比例1提供的钛合金件的沉积态组织水平和垂直两个方向上的抗拉强度测试图。
具体实施方式
[0027]现有技术中，使用激光增材的方式沉积钛合金件，对沉积的钛合金件进行观察发现：沉积态的钛合金晶粒垂直于基板界面生长成为粗大的柱状晶组织，且柱状晶内部会形成尺寸粗大的α板条组织，极大影响了沉积态材料的力学性能，并使得材料呈现明显的各向异性。
[0028]专利技术人研究发现，出现上述问题的原因在于：激光增材制造过程具有急速的加热和冷却的特点，且在之后金属的继续沉积过程中，先前沉积的材料会历经多周期、变循环的加热和冷却的热处理过程，紧邻熔池金属的沉积层会发生重熔或微熔，这导致沉积态的钛合金晶粒垂直于基板界面生长成为粗大的柱状晶组织，且柱状晶内部会形成尺寸粗大的α
板条组织。
[0029]为了改善上述问题，本申请中，对激光增材的混合粉末原料进行改进，以细化钛合金的晶粒尺寸和细化晶粒内部的α板条组织，提高了钛合金件的性能。下面对用于激光增材制备钛合金件的钛合金混合粉末及使用激光增材的方式制备钛合金件的方法进行详细描述。
[0030]图1为本申请实施例提供的使用激光增材的方式制备钛合金件的方法的工艺流程图。请参阅图1，该方法包括如下步骤：
[0031]S110，制备钛合金混合粉末以及预处理基板。
[0032]S111，将ZrB2粉末、Al
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Zr合金粉末和钛合金粉末混合均匀得到钛合金混合粉末。其中，ZrB2粉末占钛合金混合粉末的质量百分含量为0.1％
‑
1％，Al
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Zr合金粉末占钛合金混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于激光增材制备钛合金件的钛合金混合粉末，其特征在于，包括：ZrB2粉末、Al
‑
Zr合金粉末和钛合金粉末；所述ZrB2粉末占所述钛合金混合粉末的质量百分含量为0.1％
‑
1％，所述Al
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Zr合金粉末占所述钛合金混合粉末的质量百分含量0.5％
‑
2％。2.根据权利要求1所述的钛合金混合粉末，其特征在于，所述ZrB2粉末为球形颗粒，所述ZrB2粉末的颗粒直径范围为50
‑
1000nm。3.根据权利要求1所述的钛合金混合粉末，其特征在于，所述Al
‑
Zr合金粉末为球形颗粒，所述Al
‑
Zr合金粉末的颗粒直径范围为50
‑
200μm；所述Al
‑
Zr合金粉末中Zr的质量百分含量为80％
‑
90％。4.根据权利要求1所述的钛合金混合粉末，其特征在于，所述钛合金粉末为球形颗粒，所述钛合金粉末的颗粒直径范围为50
‑
200μm。5.一种使用激光增材的方式制备钛合金件的方法，其特征在于，包括如下步骤：使用激光增材的方式将权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙军浩，李铸国，冯珂，庞小通，刘丽，焦伟，凌玮，刘长清，王瑞博，连宏宇，程静，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：