[發(fā)明專利]一種鈦合金軸類零件增材強(qiáng)化用粉末及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010866680.0
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN111940722A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永強(qiáng);張菁麗;郭萍;潘浩;侯紅苗;賈國玉
• 申請（專利權(quán)）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號(hào): B22F1/00
• 分類號(hào): B22F1/00;B22F3/105;B22F9/04;B33Y10/00;B33Y70/00;C22C14/00
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發(fā)明公開了一種鈦合金軸類零件增材強(qiáng)化用粉末，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成：Co 1％～3％，W 3％～5％，F(xiàn)e 2％～4％，Mo 6％～10％，Ni 11％～13％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)；本發(fā)明還公開了一種鈦合金軸類零件增材強(qiáng)化用粉末的制備方法，將各元素粉末混合后進(jìn)行球磨；本發(fā)明還公開了一種鈦合金軸類零件增材強(qiáng)化用粉末的應(yīng)用。本發(fā)明在鈦元素基體中加入Fe、Ni、Mo、Co和W元素，保證了增材強(qiáng)化用粉末與鈦合金軸類零件良好的融合性，同時(shí)提高了增材強(qiáng)化用粉末耐磨損性能；本發(fā)明的方法提高了增材強(qiáng)化用粉末的成分均勻性；本發(fā)明的應(yīng)用提高了鈦合金軸類零件表面的耐磨性能、顯微硬度及工作強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材粉末制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦合金軸類零件增材強(qiáng)化用粉末及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鈦合金增材過程是一個(gè)高能瞬態(tài)冶金過程，過程中材料的熔化、凝固和冷卻都是在極短的時(shí)間內(nèi)完成。若增材粉末選擇不當(dāng)，成形件中容易出現(xiàn)球化、裂紋、孔隙以及翹曲變形等缺陷，嚴(yán)重影響其成形精度和力學(xué)性能。

目前已公開的學(xué)術(shù)論文或者專利中，申請?zhí)枮?01910811099.6的發(fā)明專利公開了一種增材制造用鈦合金粉末，采用該粉末進(jìn)行激光沉積，可消除未熔合、縮孔、縮松等缺陷，制造的鈦合金構(gòu)件內(nèi)部組織均勻致密、強(qiáng)度較高。也有研究(高壓EIGA法制備Ti6Al4V合金粉末及其3D可打印性[J].中國有色金屬學(xué)報(bào)(英文版)2020,01,147-159)采用電極感應(yīng)熔煉氣霧化設(shè)備制備傳統(tǒng)鈦合金TC4粉末，制備的鈦合金粉末具有良好的3D可打印性，電極感應(yīng)熔煉氣霧化制備的TC4合金的力學(xué)性能超過鑄造或鍛造件。目前大多研究基本都是針對3D構(gòu)件成形需求而研究的制粉技術(shù)，用于零件的整體打印成形。但關(guān)于鈦合金表面強(qiáng)化的增材強(qiáng)化用粉末卻鮮有涉及。

鈦合金軸類零件表面硬化主要通過表面感應(yīng)淬火、超聲滾壓、噴丸強(qiáng)化等方法進(jìn)行，但對于鈦合金軸硬度的提高效果較為有限。使用增材強(qiáng)化用鈦粉對鈦合金軸類零件表面激光熔覆，可顯著提高鈦合金軸硬度，且具有高效、較低成本等優(yōu)點(diǎn)。因此，對鈦合金軸類零件增材強(qiáng)化用粉末進(jìn)行研究是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鈦合金軸類零件增材強(qiáng)化用粉末。本發(fā)明的鈦合金軸類零件增材強(qiáng)化用粉末以鈦元素為基體，保證了增材強(qiáng)化用粉末與鈦合金軸類零件良好的融合性，同時(shí)通過加入適量的Fe、Ni、Mo、Co和W元素，在保證不影響增材強(qiáng)化用粉末焊接性和潤濕性的前提下，對鈦基體進(jìn)行元素強(qiáng)化，有效提高了增材強(qiáng)化用粉末耐磨損性能，使其適用于鈦合金軸類零件。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種鈦合金軸類零件增材強(qiáng)化用粉末，其特征在于，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成：Co1％～3％，W 3％～5％，F(xiàn)e 2％～4％，Mo 6％～10％，Ni 11％～13％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明針對鈦合金軸類零件設(shè)計(jì)增材強(qiáng)化用粉末，選擇以鈦元素為基體，保證了增材強(qiáng)化用粉末與鈦合金軸類零件良好的融合性，并在鈦元素基體中加入適量的Fe、Ni、Mo、Co和W元素，在鈦基體中Fe元素屬于β穩(wěn)定元素，顯著降低了增材強(qiáng)化用粉末的相變溫度，提高淬透性，進(jìn)而提高了粉末強(qiáng)化后的鈦合金軸類零件內(nèi)部力學(xué)性能，降低了粉末在鈦合金軸類零件表面強(qiáng)化形成的熔覆層間性能差異，避免了Fe含量過高產(chǎn)生偏析、導(dǎo)致形成β斑型冶金缺陷；同時(shí)加入11％～3％的Ni元素提高鈦合金軸類零件的耐磨性，引入熔點(diǎn)較高的Co和W在粉末合金中固溶形成強(qiáng)化相，提高了熔覆層的強(qiáng)度，通過加入Mo元素提高粉末合金的強(qiáng)度、耐熱性和耐蝕性，并結(jié)合后續(xù)淬火時(shí)效顯著提高鈦合金軸類零件的強(qiáng)度，避免了Mo含量過高形成Mo夾雜和偏析、降低粉末合金的塑性、抗氧化性和可焊接性能。本發(fā)明成分組成的粉末在保證不影響增材強(qiáng)化用粉末焊接性和潤濕性的前提下，對鈦基體進(jìn)行元素強(qiáng)化，有效提高了增材強(qiáng)化用粉末耐磨損性能，使其適用于鈦合金軸類零件。