【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造，具体为一种可抑制裂纹的高强度钛合金的制备方法及高强度钛合金。
技术介绍
1、钛及钛合金具有密度低、强度高、韧性好、生物相容性好等良好的综合性能，被广泛的应用在汽车、国防、生物医学、航天等行业。但对于传统的零部件的加工，其加工复杂往往要经过铸造、机加工、焊接等繁多的工序，经济效率低下。当需要一个具有复杂几何形状的部件，零件加工更加难以实现。随着金属增材技术的发展，无论是传统零件还是复杂设计零件都可以一体化成型制造，消除了后期加工的必要性，从而减少制造时间此外，增材技术能减少材料浪费，降低能源消耗，并为精益生产提供最佳设计。
2、石墨烯(graphene)是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有低密度、高比强度、高热导和自润滑等优异特性。利用钛的高化学活性，容易与石墨烯发生化学反应获得结合性强的原位反应界面，进而将石墨烯的轻质、高强韧性和比表面积大等优异特性与钛合金的耐高温、抗疲劳等性能相结合，有望制备更高性能的石墨烯增强钛基复合材料。
3、slm工艺作为一种新的制造概念已被广泛应用于各种行业，如医疗、航空航天、汽车原型。但是目前市场上对应的能够采用slm(选区激光熔化)技术打印的钛合金的牌号比较局限常用牌号有纯钛、tc4、ta15等，还有许多传统牌号的钛合金没有应用到slm制造行业。在slm成型过程中随着激光能量输入，原始粉末颗粒吸收形影的能量后熔化。当能量不足时，因粉末吸收的能量不够，不足以将金属粉末熔化，使熔敷道中液态金属太少而导致熔敷道不连续
4、综上所述，亟需研发一种可抑制裂纹的高强度钛合金的制备方法，使用slm方式成型且制得的高强度钛合金不仅机械强度高，而且无裂纹产生。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种可抑制裂纹的高强度钛合金的制备方法，其具有方法简单，成本低的特点，且制得的高强度钛合金不仅机械强度高，而且无裂纹产生。
2、本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
3、本专利技术一方面提出一种可抑制裂纹的高强度钛合金的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤s1:将y2o3粉末分散在具有阳离子表面活性剂的水溶液中，得到被阳离子表面活性剂包覆的y2o3悬浊液；将氧化石墨烯分散在碱性溶液中，得到氧化石墨烯悬浊液；
5、步骤s2:将氧化石墨烯悬浊液滴加到被阳离子表面活性剂包覆的y2o3悬浊液中，采用机械搅拌混合均匀后，过滤、干燥获得氧化石墨烯-y2o3复合粉末；
6、将干燥的氧化石墨烯-y2o3复合粉末置于惰性气体与h2混合的气氛中热处理，得到还原石墨烯-y2o3复合粉末；
7、步骤s3:将高强度钛合金粉末与还原石墨烯-y2o3复合粉末进行低能量球磨，得到还原石墨烯-y2o3-高强钛合金复合粉末；
8、步骤s4:将步骤s3中得到的还原石墨烯-y2o3-高强钛合金复合粉末进行slm打印得到可抑制裂纹的高强度钛合金。
9、进一步的，步骤s1中氧化石墨烯与y2o3质量比为1:(1-3)，所述阳离子表面活性剂与y2o3摩尔比为(1.25-1.3)：1，所述氧化石墨烯悬浊液的浓度为0.01-0.02g/ml。
10、进一步的，步骤s1中，y2o3粒度为40-60nm。
11、进一步的，步骤s1中，所述碱性溶液为naoh与na2co3的混合碱性溶液，且naoh与na2co3的摩尔比为1：(2-3)，且naoh的浓度为0.04-0.05g/ml。
12、进一步的，步骤s2中，氧化石墨烯悬浊液与被表面活性剂包覆的y2o3悬浊液的体积比为(18-20)：1。
13、进一步的，步骤s3中，还原石墨烯-y2o3复合粉末质量占比为0.1-0.5％。
14、进一步的，步骤s2中，得到还原石墨烯-y2o3复合粉末的具体过程为：在温度850-920℃，压力为0.1-0.6mpa下，将干燥的氧化石墨烯-y2o3复合粉末置于惰性气体与h2混合的气氛中热处理3-6h，得到还原石墨烯-y2o3复合粉末,其中惰性气体与h2体积比为100：(1-5)。
15、进一步的，步骤s4中，激光体能量密度为45-120j/mm3；其中所用3d打印参数为：激光功率为180～260w；激光扫描速度为700～1300mm/s；扫描间距为0.08～0.12mm；层间厚度为0.03～0.06mm。
16、进一步的，其特征在于，还包括：步骤s5：将步骤s4得到的高强度钛合金进行热处理，在真空的环境氛围中，先升温至500-600℃保温0.5-1h，后继续升温至800℃-850℃，保温2-4h，通入氩气至2-4bar快速冷却至室温后取出，冷区速率为45-80℃/min。
17、本专利技术的另一方面提供一种高强度钛合金，该高强度钛合金由上述的制备方法制得。
18、本专利技术实施例的可抑制裂纹的高强度钛合金的制备方法的有益效果包括：
19、(1)采用本专利技术的制备方法制得的钛合金内部无裂纹，晶粒细小；通过添加一定质量的石墨烯与y2o3进行复合，由于石墨烯具有优异的导热性能，在选区激光熔化成型过程中热传导速度加快，为α相分解向β相转变的过程提供了更大的驱动力，同时使上一层的成型层发生二次成形，导致β相向α相的转变的次数也增多，使次生α′相明显增加，且α、α′相更加细小；同时y2o3的添加使高强钛合金的组织得到细化，经退火处理后发生明显的再结晶，细化晶粒，可提高成形性能。
20、(2)y2o3的(111)晶面与tic的(110)晶面的二维点阵错配度δ＝6.54％，y2o3可作为tic的有效异质形核核心细化晶粒。同时加入石墨烯后，在高能量激光束作用下石墨烯与钛合金发生了原位反应：ti+c→tic，产生大量的tic纳米颗粒以及未分解石墨烯。在成型过程中促使y2o3更好地与tic构成复合相结构，形核核心的增多使晶粒更加细小。而纳米tic颗粒的出现也利于变形孪晶的形成，这促进合金中纳米复合材料的原子在变形过程中保持有序排列，使不同取向形成的界面处的严重晶格畸变和变形孪生抑制了位错的运动，进而减少裂纹的产生。
21、(3)通过本专利技术石墨烯与y2o3的复合添加，在打印凝固过程中生成更加细小的α、α′、β相。同时原位生成的tic纳米颗粒和未发生反应团聚的石墨烯，会抑制钛基复合材料晶粒的生长，使晶粒达到细化作用；适量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可抑制裂纹的高强度钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中氧化石墨烯与Y2O3质量比为1:(1-3)，所述阳离子表面活性剂与Y2O3摩尔比为(1.25-1.3)：1，所述氧化石墨烯悬浊液的浓度为0.01-0.02g/mL。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，Y2O3粒度为40-60nm。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述碱性溶液为NaOH与Na2CO3的混合碱性溶液，且NaOH与Na2CO3的摩尔比为1：(2-3)，且NaOH的浓度为0.04-0.05g/mL。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，氧化石墨烯悬浊液与被表面活性剂包覆的Y2O3悬浊液的体积比为(18-20)：1。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，还原石墨烯-Y2O3复合粉末质量占比为0.1-0.5％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，得到还原石墨烯-
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，激光体能量密度为45-120J/mm3；其中所用3D打印参数为：激光功率为180～260W；激光扫描速度为700～1300mm/s；扫描间距为0.08～0.12mm；层间厚度为0.03～0.06mm。
9.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，还包括：
10.一种可抑制裂纹的高强度钛合金，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种可抑制裂纹的高强度钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中氧化石墨烯与y2o3质量比为1:(1-3)，所述阳离子表面活性剂与y2o3摩尔比为(1.25-1.3)：1，所述氧化石墨烯悬浊液的浓度为0.01-0.02g/ml。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，y2o3粒度为40-60nm。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述碱性溶液为naoh与na2co3的混合碱性溶液，且naoh与na2co3的摩尔比为1：(2-3)，且naoh的浓度为0.04-0.05g/ml。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，氧化石墨烯悬浊液与被表面活性剂包覆的y2o3悬浊液的体积比为(18-20)：1。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：李婵，高正江，马腾，陈欣，李慧，
申请(专利权)人：中航迈特增材科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：
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