本发明专利技术涉及多孔材料制备领域，具体为一种制备高疲劳性能多孔Ti-6Al-4V块体材料的方法，解决现有技术中存在的多孔Ti-6Al-4V块体材料疲劳性能过低的问题。本发明专利技术方法首先通过“电子束熔融金属成型技术”制备孔隙率为50%～95%的大尺寸Ti-6Al-4V多孔材料，然后对该多孔材料在400℃～1000℃之间进行退火和时效两步热处理，最后获得“疲劳强度/抗压强度比”高达0.7的高疲劳强度、低弹性模量（0.1～20GPa）的Ti-6Al-4V多孔材料。本发明专利技术方法工艺简单，成本低，适用于工业规模生产。本发明专利技术通过热处理工艺控制多孔Ti-6Al-4V孔壁材料的力学性能，从而获得具有优异疲劳性能的大尺寸钛合金多孔材料，可在航天、医疗等领域获得广泛应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多孔材料制备领域，具体为一种制备高疲劳性能多孔T1-6A1-4V块体材料的方法。
技术介绍
多孔钛及钛合金材料由于具有比重小、能量吸收性好、比表面积大、吸声性好、渗透性强等优点而被广泛应用于医疗、航天等领域。在医疗领域，多孔钛及钛合金因具有比其致密块体材料更低的弹性模量，可达到与人体骨模量相匹配的程度，可有效避免“应力屏蔽”效应；多孔材料内部存在的大量孔隙更有利于周围细胞的长入和新骨的生长、治疗药物的输送、营养交换等，从而促进植入物与人体自然骨组织的重建以及生物整合和均匀化过程，延长植入体在人体内的寿命。在航空航天领域,多孔钦及其合金具有极佳的防震和能量吸收特性，这对航天器防御空间碎片具有重要意义。与多孔铝等其它多孔金属材料相比，多孔钛及钛合金强度、能量吸收率更高、工作温度范围更广、抗腐蚀能力更强，是一种及其重要的功能材料。目前，用于制备多孔金属材料的方法主要包括液态金属发泡法、粉末冶金法、熔体发泡法、金属空心球法、金属粉末纤维烧结法、金属沉积法。对于钛及钛合金来说，其熔点很高，在温度较高时活性大，使用发泡技术制备多孔材料需要特殊的发泡模具，发泡剂、发泡温度及发泡条件很难控制；金属空心球法、金属粉末纤维烧结法、金属沉积法等其制备成本高，工艺复杂，很难适用于大规模工业化生产。最近，一种新型钛合金多孔材料的制备技术电子束熔融金属成型技术(简称EBM技术)”被开发出来。这种技术以高能高速的电子束作为加工热源，通过软件将CAD模型按照一定的厚度进行分层切片处理，从而使零件的三维形状数据离散成一系列二维数据的叠力口，再按照每一层的形状信息通过数控成型系统控制电子束将成形材料(如粉体、条带、板材等)逐层熔融堆积，最终得到所设计的任意复杂形状、结构且具有一定功能的零件。该技术能够精确控制多孔材料的外形和内部孔结构(包括孔隙率，孔形状、大小和排列)，具有能量利用率高、加工材料广泛、无反射、加工速度快、真空环境无污染及运行成本低等优点，在国际上受到了越来越广泛的关注。医疗、航天等国防领域对钛合金多孔材料的应用，要求其具有高的疲劳强度。但是有研究表明(Li SJ, Murr LE, Cheng XY, Zhang ZB, Hao YL, Yang R, Acta Material 2012,60:793)，对于目前在医疗和航天领域广泛使用的T1-6A1-4V合金来说，由于在电子束熔融金属成型过程中孔壁材料冷却速率过快，生成硬而脆的a'马氏体相，从而导致其疲劳强度很低。为保证采用电子束熔融金属成型技术制备的T1-6A1-4V多孔材料的长期安全可靠使用，需要开展研究改善其疲劳强度，以更好的应用于医疗、航天等领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备高疲劳性能多孔T1-6A1_4V块体材料的方法，解决现有技术中存在的多孔T1-6A1-4V块体材料疲劳性能过低的问题。本专利技术的技术方案一种制备高疲劳性能多孔T1-6A1_4V块体材料的方法，具体步骤如下(I)多孔T1-6A1_4V块体材料制备以T1-6A1_4V粉末为原材料，采用电子束熔融金属成型技术制备多孔T1-6A1_4V 块体材料；(2)多孔T1-6A1-4V块体材料热处理对多孔T1-6A1_4V块体材料在400°C 1000°C之间进行两相区二步热处理，获得高疲劳性能、低弹性模量多孔材料。所述步骤(I)中，首先采用CAD软件进行网格设计，然后将设计好的图形文件导入 Magics软件进行图形纠错和优化，以保证电子束熔融金属成型过程的顺利进行；将优化处理后的图形文件转换成abf格式文件导入电子束熔融金属成型设备的计算机控制系统，以 T1-6A1-4V粉末为原材料利用电子束熔融金属成型设备制备T1-6A1-4V多孔材料。所述步骤(I)中，多孔T1-6A1_4V块体材料的单元网格结构为正方体或菱形十二面体。所述步骤(I)中，T1-6A1-4V粉末为球形，直径为30 μ m 150 μ m。 所述步骤(I)中，多孔T1-6A1_4V块体材料的孔隙率为50% 95%，孔径在 300 μ m 5000 μ m的范围内可调。所述步骤(I)中，电子束熔融金属成型技术的工艺参数范围为，电子束电流为I 5mA,扫描速度为100 300mm/s。所述步骤(2)中，T1-6A1_4V两相区二步热处理的具体步骤为(I)两相区退火处理；(2)两相区时效处理。所述步骤(I)中，两相区退火处理所用设备为真空热处理炉，热处理温度为 700°C 1000°C，热处理时间为I 3h，冷却速度为I 3°C /min。所述步骤(2)中，两相区时效处理所用设备为真空热处理炉，热处理温度为 400°C 600°C，热处理时间为I 3h，冷却速度为8 15°C /min。本专利技术中，电子束熔融金属成型技术(Electron Beam Melting)简称EBM技术,是近年来一种新兴的先进金属快速成型制造技术，其原理是将零件的三维实体模型数据导入 EBM设备，然后在EBM设备的工作舱内平铺一层微细金属粉末薄层，利用高能电子束经偏转聚焦后，在焦点所产生的高密度能量使被扫描到的金属粉末层在局部微小区域产生高温， 导致金属微粒熔融，电子束连续扫描将使一个个微小的金属熔池相互融合并凝固，连接形成线状和面状金属层。本专利技术中，采用的电子束熔融金属成型设备为常规技术，如泛亚特科技有限公司生产的Arcam Al电子束熔炼EBM系统(Electron Beam Melting)，其工艺参数范围为电子束电流为I 5mA，扫描速度为100 300mm/s。该系统专门用于医用植体制造的电子束熔炼系统，直接从CAD到成品制造完成的全自动化系统，是医用植体批量生产工具，通过金属粉末在高能电子束的轰击下，一层一层的生长，每层的形状都通过三维CAD控制，利用电子束熔炼系统，可以达到高的熔炼能力和生产率。植体放在真空腔内可以得到低应力植体，其性能优于铸造成型的植体，并且可以接近锻造的植体。本专利技术方法制备的T1-6A1_4V合金多孔材料的孔隙率在50% 95%(优选为60 80%)范围内，孔径在300μπι 5000μπι的范围内可调。本专利技术方法制备的钛或钛合金多孔材料的疲劳强度/屈服强度比可达O. 3 O. 7， 弹性模量范围为O.1 20GPa (优选为O. 5 lOGPa)，内耗最高可达KT1量级。本专利技术的有益效果1、本专利技术采用电子束熔融金属成型技术制备孔隙率为50% 95%的大尺寸 T1-6A1-4V多孔材料，产品的外形、孔隙率、孔径大小完全可控，可根据实际需求进行多孔材料的制备；其制备工艺简单，成本低，可生产大尺寸多孔T1-6A1-4V块体材料，适合工业规模生产。2、本专利技术通过控制电子束熔融金属成型方法制备T1-6A1_4V多孔材料工艺过程中的结构设计、孔隙率、粉末特性、工艺参数优化、后期热处理等环节，能够获得具有优异性能的大尺寸多孔T1-6A1-4V块体材料，制备的多孔材料具有高疲劳强度、低模量、高阻尼特性和高生物相容性，在医疗、航空航天领域具有非常广阔的应用前景。3、本专利技术通过对T1-6A1_4V多孔材料在400°C 1000°C之间进行退火和时效两步热处理，获得“疲劳强度/抗压强度比”高达O. 7的高疲劳强度、低弹本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备高疲劳性能多孔Ti?6Al?4V块体材料的方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）多孔Ti?6Al?4V块体材料制备以Ti?6Al?4V粉末为原材料，采用电子束熔融金属成型技术制备多孔Ti?6Al?4V块体材料；（2）多孔Ti?6Al?4V块体材料热处理对多孔Ti?6Al?4V块体材料在400℃～1000℃之间进行两相区二步热处理，获得高疲劳性能、低弹性模量多孔材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李述军，侯文韬，王哲，徐勤思，郝玉琳，杨锐，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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