[發明專利]一種抑制3D打印成形TC4合金組織中針狀馬氏體相形成的方法

有效

• 申請號: 201911373612.4
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN110983106B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 李小強;傅道健;王敏;張震;屈盛官
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;中國兵器裝備集團自動化研究所
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/04;B22F3/105;B22F1/00;B33Y10/00;B33Y40/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅嘯秋

本發明屬于金屬材料的3D打印增材制造技術領域，公開了一種抑制3D打印成形TC4合金組織中針狀馬氏體相形成的方法。將TC4粉末在TC4合金板基材上進行激光熔化沉積成形，得到形狀滿足要求的TC4鈦合金材料；利用線切割技術將所得TC4鈦合金材料與基材分離，得到塑韌性滿足使用要求的TC4合金材料。本發明的方法主要解決了TC4鈦合金在激光熔化沉積成形過程中易得到細針狀的α′馬氏體組織，導致材料塑韌性較差的問題。所得TC4合金室溫抗拉強度大于1000MPa，屈服強度不小于950MPa，斷后伸長率超過10％，在保證強度要求的情況下還具有出色的塑性，滿足工業應用要求，降低快速制造成本，提高生產效率。

技術領域

本發明屬于金屬材料的3D打印增材制造技術領域，具體涉及一種抑制3D打印成形TC4合金組織中針狀馬氏體相形成的方法。

背景技術

金屬3D打印技術是近幾年大熱的研究課題，它以“離散+堆積”的增材制造理念作為基礎，以金屬粉末為原材料，運用高能粒子束將其熔化，再結合三維數字模型逐層堆積制備金屬零件。

TC4鈦合金由于其具有低密度、高比強度、良好的耐蝕性能、高溫抗蠕變性以及生物相容性等出色的性能特點得到人們的重視。在航空航天等諸多重要領域擁有廣闊的應用。但是鈦的活性高，易氧化、易與其他元素發生反應，因此鈦的冶煉制備成本較高。而且鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，抗磨性差，生產工藝復雜。相比于鑄造與鍛造等傳統的成型工藝，TC4鈦合金更適合于使用3D打印成形工藝制備。首先其屬于近凈成形技術，節省機械加工時間和減少金屬廢料，適于制備難加工、難變形鈦合金零件；其次它對材料的利用率更高，生產周期短，生產成本低，生產效率高。

但一般3D打印成形的TC4合金，其介觀組織都為沿沉積高度方向外延生長的柱狀條帶組織，而其微觀組織都為細針狀的α′馬氏體組織構成，如圖1所示。這樣得到的TC4合金材料，雖然具有一定的強度，但其塑性韌性卻很差，難以達到工業使用的要求。所以3D打印成形的TC4鈦合金往往要經過一定的熱處理工藝使針狀馬氏體組織轉變，提高其塑韌性才可以滿足使用要求。這大大降低了實際生產效率，而且生產成本也隨之增加。

發明內容

針對以上現有技術的缺點以及不足之處，本發明的目的在于提供一種抑制3D打印成形TC4合金組織中針狀馬氏體相形成的方法。使3D打印成形TC4鈦合金的塑韌性滿足使用要求。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種抑制3D打印成形TC4合金組織中針狀馬氏體相形成的方法，包括如下步驟：

(1)將TC4粉末在TC4合金板基材上進行激光熔化沉積成形，得到形狀滿足要求的TC4鈦合金材料；

(2)利用線切割技術將所得TC4鈦合金材料與基材分離，得到塑韌性滿足使用要求的TC4合金材料。

進一步的，所述TC4粉末通過等離子旋轉電極制粉得到；粉末粒徑為93-234μm；其主要組分的質量含量為：鋁5.5％-6.8％，釩3.5％-4.5％，鐵≤0.3％，氮≤0.05％，氫≤0.015％，氧≤0.2％，余量為鈦。

進一步的，所述TC4粉末在使用前經真空干燥處理去除水分，避免因水分的存在而使得成形件出現氣孔缺陷；并采用真空封裝，避免粉末被空氣污染氧化以影響成形件性能。所述真空干燥處理的溫度優選為120℃，時間優選為100min。

進一步的，所述TC4合金板基材在使用前經砂紙打磨去除氧化層，然后分別用酒精和丙酮擦拭處理，使基材表面光潔平整，以更好的滿足3D打印成形的成形條件。所述砂紙打磨是指依次使用100目和600目的砂紙打磨。

進一步的，所述激光熔化沉積成形的條件為：激光功率1500-2000W，掃描速度8-12mm/s，送粉速率7-10.5g/min，激光光斑直徑為3mm，沉積層厚為0.60-1.12mm，搭接率為45％。