[發明專利]一種3D打印增強體/Ti2

有效

• 申請號: 201910272259.4
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN109865836B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 王偉;韓子茹;王慶娟;高原;王快社
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F9/04;B22F1/00;C22C1/05;C22C14/00;C22C1/10;B33Y10/00;B33Y70/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發明公開了一種3D打印增強體/Ti₂AlNb基復合材料及其制備方法，屬于金屬材料制造領域。制備方法包括：(1)以Ti₂AlNb球形預合金粉為基體，以TiB₂、石墨烯或TiC粉為增強顆粒；(2)將所選粉料混合進行機械攪拌；(3)將預攪拌后的粉料進行干法球磨混粉；(4)用計算機設計所需試樣的三維圖形，將繪制程序輸入到3D打印機中；(5)將球磨后的混合粉料按照預設程序層層掃描，最終制備出所需復合材料。本發明工藝簡單，各組分之間具有優異的穩定性，增強相與基體結合緊密且在激光熔化過程中生成的第二相在金屬內部形成釘扎作用；增強相和第二相共同作用產生細晶強化效果，可消除3D打印后材料存在的缺陷。本發明復合材料的平均晶粒尺寸小且材料的硬度和摩擦磨損性能都顯著優化。

技術領域

本發明屬于金屬材料制造技術領域，特別涉及一種3D打印增強體/Ti₂AlNb 基復合材料及其制備方法。

背景技術

Ti₂AlNb合金是鈦合金中一種較為新型的合金，因其低密度，高強度和優異的耐腐蝕性能在汽車制造、航空航天、生物醫學等領域具有很高的應用價值和廣闊的應用前景。但其作為航空發動機高溫運動副零部件使用時，較差的耐磨性能導致整機系統的壽命和可靠性下降。因此，提高和改善Ti₂AlNb合金的摩擦學性能是目前迫切需解決的難題之一。

因此需要在鈦合金中加入增強顆?；蛱盍弦陨a性能更優的復合材料。增強相的加入不僅能進一步提高鈦合金的抗蠕變性和摩擦磨損性能，還能提高鈦合金的比強度和比模量，提高鈦合金硬度和穩定性。

需要用到3D打印技術中的選區激光熔化技術(SLM)。SLM在其作用于金屬粉時，使粉末發生完全熔化/凝固，成形件的成形質量相比于選區激光燒結技術制備出的成形件有著顯著的提高。而增強顆粒在激光熔化過程中會與基體 Ti₂AlNb發生原位反應生成第二相，可在金屬內部形成釘扎作用使凝結后材料結構致密，且增強相和第二相對機體共同作用產生細晶強化效果，消除3D打印后材料一般存在的缺陷。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種3D打印增強體 /Ti₂AlNb基復合材料及其制備方法，其制備工藝簡單，所得產品組織均勻、機械強度高、摩擦系數低、磨損率小、穩定性高、耐磨和減摩性能優異。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種3D打印增強體/Ti₂AlNb基復合材料及其制備方法，包括以下步驟：

步驟(1)，粉料的選擇：以旋轉電極法制備的Ti₂AlNb球形預合金粉為基體，以TiB₂、石墨烯碳納米片或TiC粉為增強顆粒；

步驟(2)，混合粉料預攪拌：將步驟(1)所選粉料按照增強顆粒質量為混合粉總質量的0.5％～25％混合，放入V型攪拌機進行機械攪拌30min～60min；

步驟(3)，球磨混粉：將步驟(2)處理后得到的預攪拌粉料進行干法球磨混粉，使增強相粉和Ti₂AlNb預合金粉充分混合，并且使得到的混合粉料的顆粒大小均勻；

步驟(4)，3D打印機的三維建模和參數設置：用計算機設計所需試樣的三維圖形，將繪制命令程序輸入到3D打印機中，參數設置：激光功率為200～1100W，掃描速度為0.05～1m/min，脈沖電流60～220A；

步驟(5)，將步驟(3)處理后得到的混合粉料預鋪在3D打印機的基板上，啟動3D打印機，激光束按照預設程序掃描；

步驟(6)，完成步驟(5)預設掃描后，將升降工作臺下降一定高度，保證離焦量不變，重復步驟(5)操作，層層累加制備出所需復合材料。

進一步地：