[發明專利]鈦基合金粉末及制備方法、鈦基合金制件的制備方法

有效

• 申請號: 202010745072.4
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN112048638B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 路新;徐偉;劉博文;吳淵;于愛華;張嘉振;張策;潘宇;曲選輝
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;B22F9/04;B22F1/065;B22F1/142;B22F10/28;B33Y70/00
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 金銘

本發明提供了一種鈦基合金粉末及制備方法、鈦基合金制件的制備方法，該鈦基合金粉末的組成為Ti_aX_bM_c，其中：0a100，0b≤5，0≤c≤1，且a+b+c＝100；X為間隙原子；M為至少一種合金元素；所述鈦基合金粉末為采用間隙原子和/或合金元素在一定溫度下對氫化脫氫鈦粉進行整形及微合金化得到，所制備的鈦基合金制件具有超細晶組織結構及納米尺度非均勻結構，同時具有高強度、高塑性的特點。本發明通過高溫整形，顯著提高非球形HDH鈦粉球形度以及流動性能，得到適配選擇性激光熔化工藝的合金粉末，同時微合金化間隙原子及合金元素從而顯著提高鈦基合金制件的力學性能，對于整個金屬材料領域具有重要的應用前景。

技術領域

本發明涉及金屬材料及其制備技術領域，具體涉及一種鈦基合金粉末及制備方法、鈦基合金制件的制備方法。

背景技術

鈦是一種重要的戰略金屬，廣泛應用于航空航天、生物醫用以及軍工材料領域。利用增材制造技術制備鈦及其合金材料可以滿足自由設計、輕量化以及快速研制的需求，可以有效解決傳統方式鈦合金加工困難，成本較高的缺點。然而，增材制造所需的霧化粉末不可避免的存在空心粉、收得率低（細粉收得率普遍低于35%）等缺陷以及造價昂貴的劣勢（以Ti-6Al-4V粉末為例，氣霧化球形粉末價格普遍高于250萬元/噸）。因此，開發適合增材制造工藝的低成本高性能鈦基合金粉末具有重大意義。

另一方面，目前常用的鈦基合金存在不能兼具高強度與高塑性的問題，如Ti-6Al-4V合金具有高強度（1000MPa），但是其塑性低于10%，純鈦具有較高塑性（25%），但是其強度較低（400~600MPa）。因此，如何制備兼具高強度高塑性的鈦基合金是鈦及其合金制造不懈努力的方向。目前關于通過合金化的方式制備兼具高強度高塑性的鈦基合金的國內外報道較少。其中，Wysocki等通過調整選擇性激光熔化工藝氣氛中O₂/Ar比例，當SLM-Ti氧含量提高至0.50wt%，其抗拉強度為830MPa，斷后延伸率為16%（Wysocki B, Maj P,Krawczynska A, Rozniatowski K, Zdunek J, Kurzyd?owski K J, Swieszkowski W.Microstructure and mechanical properties investigation of CP titaniumprocessed by selective laser melting (SLM)[J]. Journal of MaterialsProcessing Technology, 2017, 241:13-23.）；Wang等利用選擇性激光熔化過程Ar/N₂混合氣制備了鈦制件，制件利用0.43wt.%N形成均質固溶體，在N元素的固溶強化和細晶強化作用下，其抗拉屈服強度達到797MPa，伸長率為17.98%（Wang D W, Zhou Y H, Shen J,Liu Y, Li D F, Zhou Q, Sha G, Xu P, Ebel T, Yan M. Selective laser meltingunder the reactive atmosphere: A convenient and efficient approach tofabricate ultrahigh strength commercially pure titanium without sacrificingductility[J]. Materials Science Engineering A, 2019, 762:138078）。然而，這些方法都是利用選擇性激光熔化工藝制備過程中的氣氛調控來實現鈦制件的合金化，未能進一步通過微合金化元素的方法增強鈦基合金。此外，在這些研究當中，所采用的粉末均為球形粉末，成本較高。

本專利提出利用氫化脫氫（HDH）鈦基合金粉末制備適配選擇性激光熔化工藝用粉，添加微量N、O等間隙原子及合金元素來提高鈦基合金的強度與塑性指標，目前還未見報道。

發明內容