[發明專利]一種靜磁場下3D打印γ-TiAl合金的方法及其裝置

在審

• 申請號: 202110029549.3
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112872364A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 王江;任忠鳴;陳超越;曹庭瑋;帥三三;胡濤;玄偉東;李傳軍
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B22F10/25
• 分類號: B22F10/25;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發明提供了一種靜磁場下3D打印γ?TiAl合金的方法，按照γ?TiAl合金成型件的三維立體數據對預合金粉末進行3D打印，得到γ?TiAl合金；所述3D打印在靜磁場中進行。本發明制備γ?TiAl合金時施加外部磁場來獲取致密高性能的γ?TiAl合金，外部磁場可以進一步改善合金內部的組織形態，減少殘余應力，獲得更高的力學性能，減少后續熱處理可能會帶來的開裂風險；采用3D打印技術制備γ?TiAl合金具有柔性高，材料利用率高，生產周期短等特點，并且γ?TiAl合金中的凝固組織細小。實施例的結果顯示，本發明制備的γ?TiAl合金的抗拉強度＞560MPa，硬度＞420HV，延伸率為0.5～0.8％。

技術領域

本發明涉及金屬增材制造技術領域，尤其涉及一種靜磁場下3D打印γ-TiAl合金的方法及其裝置。

背景技術

γ-TiAl合金具有優異的機械性能，并且具備優異的阻燃性能和低密度等特點，是制造新型低壓渦輪發動機極具潛力的替代材料，但是由于其較低的室溫塑性使用普通的加工成形方法難以對其進行加工。傳統鑄造所獲得的γ-TiAl合金組織較為粗大，需要對其進行淬火和時效處理，而γ-TiAl合金在淬火時極易發生淬裂，并且鈦鋁合金具有切削性能差，損傷刀片等特點，對其進行減法制造極其耗費成本。

目前，使用激光增材技術制造所獲得的內部組織大多為細小的近快速凝固組織，得到的γ-TiAl合金構件也可以具有堪比鍛造件的力學性能。但是由于γ-TiAl合金的室溫塑性差導致使用激光立體成形困難，常規的3D打印裝置所制備的γ-TiAl合金容易從底部開始開裂，甚至會沿著建造方向一直到頂部，這是由內部殘余應力過大引起的裂紋。現有報道中大多在3D打印時使用較高的預熱溫度來獲得致密的γ-TiAl合金，不但增加了工藝流程，提高了生產成本，同時由于溫度過高所獲得的組織往往與選區電子束熔化技術所得的γ-TiAl合金類似，失去了激光立體成形組織細小的優勢。

因此，需要提供一種能夠改變γ-TiAl合金在激光立體成形過程中凝固行為，從而獲得致密性好、性能優異的γ-TiAl合金的制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種靜磁場下3D打印γ-TiAl合金的方法及其裝置，本發明提供的方法制備的γ-TiAl合金具有更高的抗拉強度和硬度，同時具有優異的延伸性能，并且內部組織細小，可以用于制備低壓渦輪發動機。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種靜磁場下3D打印γ-TiAl合金的方法，按照γ-TiAl合金成型件的三維立體數據對預合金粉末進行3D打印，得到γ-TiAl合金；所述3D打印在靜磁場中進行。

優選地，所述靜磁場的方向垂直于3D打印的方向。

優選地，所述靜磁場為恒穩磁場，所述靜磁場的強度為0.3～0.5T。

優選地，所述3D打印的參數為：激光掃描速度為3～8mm/s，激光功率為800～1200W，送粉速率為3～10g/min，送粉載氣量為5～10L/min。

優選地，所述預合金粉末為球形或近球形鈦鋁合金粉末，所述預合金粉末的粒徑分布范圍為53μm～150μm，平均粒徑為75μm～90μm。

優選地，所述3D打印在保護氣氛下進行，所述保護氣氛中氧含量小于50ppm。

本發明提供了一種靜磁場下3D打印γ-TiAl合金的裝置，所述裝置的激光熔覆頭上設有磁體裝置。

優選地，所述磁體裝置包括兩個靜磁體或兩個電磁鐵；所述兩個靜磁體或兩個電磁鐵相對設置于激光熔覆頭的噴嘴兩側。

優選地，所述3D打印γ-TiAl合金的裝置包括：基板加熱裝置、鈦合金基板、磁體裝置、激光器、送粉器、激光熔覆頭、水冷系統、數控系統和氣體循環系統；