一种激光增材制造用Ti-Zr-Cu系钛合金粉及其制备方法和应用技术

一种激光增材制造用Ti

【技术实现步骤摘要】
一种激光增材制造用Ti
‑
Zr
‑
Cu系钛合金粉及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于激光增材制造用合金粉领域，具体涉及一种激光增材制造用Ti
‑
Zr
‑
Cu系钛合金粉及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]与减材制造和等材制造技术相比，增材制造技术有其独特的优势，给制造业带来了巨大的变革。得益于激光器制造技术的快速发展，激光选区熔化(SLM)成型技术逐渐成熟，并成为增材制造领域中最具潜力的技术之一。SLM成型技术是在三维模型切片后的二维截面上，合金粉末吸收激光束的高密度能量后熔化，然后快速冷却凝固，由下而上逐层打印成型零部件的新型制造技术。SLM成型技术适用的材料广泛，成型过程中不仅无需模具、刀具等辅助工作，而且节省材料，且其开发周期短，并可一次性成型形状复杂、综合力学性能优良的零部件。此外，SLM成型技术还能够以相对较低的成本生产小批量定制的产品，实现订制量化生产。因此，SLM成型技术已在汽车制造、航空航天、生物医疗和国防工业等领域获得应用。
[0003]钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好等特点，被广泛应用于航天、海洋、化工等领域。因此，将SLM成型技术应用于钛合金领域，对于提高零部件的综合性能将具有重要意义。采用SLM成型技术制造钛合金零部件具有如下优势：(1)成型过程中热输入小、冷却速率快，制备的钛合金零部件组织细小、微观偏析程度低，有利于抑制低熔点共晶相及液化裂纹的形成；(2)SLM成型过程中的钛合金微熔池几何形貌呈深且窄状，局部热流方向变化较大，有利于等轴晶组织的形成；(3)SLM成型具有复杂形状的零件，且成形精度更高，成形件表面质量更好。因此，采用SLM成型方法有望制备具有等轴晶或近等轴晶组织，冶金缺陷容易控制的高质量钛合金零部件。
[0004]但是，SLM成型钛合金零部件时，在激光束高能量密度的扫描下，钛合金熔化后快速凝固，钛合金由固体向液体熔化和由液体到固体凝固的过程极快，不易控制，尤其是钛合金熔池的冷却速率可达到100k/s。同时，SLM成型用金属粉的组织成分对钛合金部件性能的影响较复杂，若金属粉成分组成不合适，易造成钛合金成型件中出现裂纹、气孔、夹杂、层间结合不良等缺陷，甚至出现塑韧性差、强度低等性能缺陷，因此钛合金SLM成型用金属粉的作用相当重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决目前缺少增材制造用的钛合金粉以及现有钛合金粉经SLM成型的钛合金零件易产生裂纹、气孔、夹杂、层间结合不良等缺陷，从而导致钛合金构件塑韧性差、强度低的技术问题，而提供一种激光增材制造用Ti
‑
Zr
‑
Cu系钛合金粉及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术的一种激光增材制造用Ti
‑
Zr
‑
Cu系钛合金粉按质量分数由钛粉：35％～
37％、镍粉：9％～11％、铜粉：9％～11％、锆粉：35％～37％和铁粉：5％～7％组成。
[0007]进一步限定，钛合金粉按质量分数由钛粉：35％、镍粉：11％、铜粉：12％、锆粉：35％和铁粉：7％组成。
[0008]进一步限定，钛合金粉按质量分数由钛粉：37％、镍粉：11％、铜粉：10％、锆粉：37％和铁粉：5％组成。
[0009]进一步限定，钛合金粉中各粉体的粒度均为80目以下。
[0010]本专利技术的一种激光增材制造用Ti
‑
Zr
‑
Cu系钛合金粉的制备方法按以下步骤进行：
[0011]在惰性气体保护下，将各原料粉低温烘干，筛分后混匀，得到Ti
‑
Zr
‑
Cu系钛合金粉。
[0012]进一步限定，低温烘干的温度为100
‑
200℃，时间为1
‑
2h。
[0013]进一步限定，所述惰性气体为Ar，气体纯度在99.999％以上。
[0014]进一步限定，筛分的孔径为50μm
‑
100μm。
[0015]本专利技术的一种激光增材制造用Ti
‑
Zr
‑
Cu系钛合金粉用于选区激光熔化3D打印钛合金构件。
[0016]进一步限定，选区激光熔化3D打印钛合金构件熔敷金属化学成分及质量百分含量为：C：0.02％
‑
0.04％、H：0.001％
‑
0.002％、O：0.001％
‑
0.002％、Ni：10.5％
‑
12.5％、Cu：10.0％
‑
12.5％、S≤0.001％、P≤0.001％、Zr：33.5％
‑
37.5％、Ti：32.5％
‑
36.0％、Fe：4.5％
‑
5.5％。
[0017]本专利技术与现有技术相比具有的显著效果：
[0018]1)本专利技术通过Zr的加入达到细化晶粒和增加合金强度的作用，同时，利用Zr与Ti可以无限固溶的特性，使合金中不形成金属间化合物而降低合金性能，此外，由于Ti
‑
Zr之间的混合焓为0，因此添加Zr不会影响Ti
‑
Zr原子间的作用力。
[0019]2)在本合金体系中，Zr含量如果小于6％，原子间距对弹性模量的影响占主导因素，所以Zr含量增加将导致弹性模量下降。当Zr含量超过6％时，原子结合力增大占主导因素，随着Zr含量的增加，材料弹性模量逐渐上升；本专利技术通过调控Zr的含量调整淬火状态下合金的点阵常数，从而调控α'马氏体的生成机制，将Zr的含量控制在33.5％～37.5％，使对于晶粒细化以及对Ti
‑
Zr
‑
Cu系合金强化作用和合金成本之间达到最佳的平衡，过多含量的Zr细化晶粒和增加强度作用提高不再明显，且大幅增加了合金成本。
[0020]3)本专利技术通过添加Fe大幅降低钛合金中α'马氏体转变温度，Ti
‑
Fe的共析分解反应为β
→
α+TiFe，只有当合金成分接近共析点，并且在稍低于临界点的温度进行长时间退火才能得到退火组织，含铁超过4％的钛合金，通过淬火可以得到β组织。在Ti
‑
Zr合金中添加5％左右的Fe可以明显细化α'马氏体的宽度，同时提高了抗弯强度和硬度，改善了合金的磨损性能；Fe还有抑制ω相生成的作用，ω相会大幅降低合金的塑性。
[0021]4)Ni和Cu是β相稳定元素，可以与钛和锆形成共晶，并显著降低合金的熔点，从而可以降低激光的功率，减少热输入，对于控制合金的微观组织尺寸极为有利；但是过高的Cu会与钛形成金属间化合物脆性相；Ni可以提高合金的高温性能和耐腐蚀性能，但是过多含量的Ni会显著降低液态熔融金属的流动铺展性能。
附图说明
[0022]图1为实施例1的增材制造用Ti
‑
Zr
‑
C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光增材制造用Ti
‑
Zr
‑
Cu系钛合金粉，其特征在于，该钛合金粉按质量分数由钛粉：35％～37％、镍粉：9％～11％、铜粉：9％～11％、锆粉：35％～37％和铁粉：5％～7％组成。2.根据权利要求1所述的一种激光增材制造用Ti
‑
Zr
‑
Cu系钛合金粉，其特征在于，钛合金粉按质量分数由钛粉：35％、镍粉：11％、铜粉：12％、锆粉：35％和铁粉：7％组成。3.根据权利要求1所述的一种激光增材制造用Ti
‑
Zr
‑
Cu系钛合金粉，其特征在于，钛合金粉按质量分数由钛粉：37％、镍粉：11％、铜粉：10％、锆粉：37％和铁粉：5％组成。4.根据权利要求1所述的一种激光增材制造用Ti
‑
Zr
‑
Cu系钛合金粉，其特征在于，钛合金粉中各粉体的粒度均为80目以下。5.权利要求1
‑
4任一项所述的一种激光增材制造用Ti
‑
Zr
‑
Cu系钛合金粉的制备方法，其特征在于，该方法如下：在惰性气体保护下，将各原料粉低温烘干，筛分后混匀，得到Ti
‑
Zr
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：方乃文，徐锴，龙伟民，武鹏博，黄瑞生，孙徕博，秦建，韩鹏薄，谢吉林，陈玉华，尹立孟，王善林，焦帅杰，周珍珍，苏金花，
申请(专利权)人：哈尔滨焊接研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：