[發(fā)明專利]一種納米多相增強鈦基復合材料增材制造專用球形粉末的制造方法

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• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113059172A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 牛紅志;殷寶國;譚浩;張德良
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B22F9/14
• 分類號: B22F9/14;B22F1/00;C22C14/00;C22C32/00;B22F10/28;B33Y70/10;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京易捷勝知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本發(fā)明涉及一種納米多相增強鈦基復合材料增材制造專用球形粉末的制造方法，包括如下步驟：S1、采用合金基體和增強相的原材料，進行電極棒的壓制；S2、進行真空熔鑄合成鑄錠；S3、將鑄錠進行制粉用電極棒的加工；S4、將制粉用電極棒進行等離子旋轉電極法制粉；S5、將獲得的粉末進行篩分和封裝。該方法制造的鈦基復合材料球形粉末，具有增強相分布均勻、純凈度高、空心球和衛(wèi)星球極少、粒度集中、球形度高、流動性優(yōu)異和成本低等突出優(yōu)勢。該方法成功地實現(xiàn)了納米增強相在球形粉末顆粒內部的原位自生和超細網(wǎng)狀結構分布，專門為納米多相增強鈦基復合材料復雜零部件的電子束選區(qū)熔化和激光熔覆法增材制造提供高品質球形粉末。

技術領域

本發(fā)明涉及一種納米多相增強鈦基復合材料增材制造專用球形粉末的制造方法，屬于金屬粉末冶金技術領域。

背景技術

顆粒增強鈦基復合材料具有比鈦合金更高的高溫比強度和比模量、更加優(yōu)異的抗氧化和抗蠕變性能，且更加耐磨等突出優(yōu)點，是一種極具應用前景的輕質高溫高強結構材料。隨著航空航天、軍用車輛、海洋裝備、武器裝備輕量化等領域的快速發(fā)展，鈦基復合材料已經(jīng)成為一種重要的輕質高強戰(zhàn)略型結構材料，具有不可替代的應用價值。然而，當前鑄錠冶金法(比如真空熔鑄+高溫鍛造)和粉末冶金法制造的顆粒增強鈦基復合材料，難于實現(xiàn)增強相顆粒的納米化和復雜形狀零部件的低成本化制造。

激光和電子束增材制造(3D打印)是一種基于構件三維離散數(shù)字模型的近凈成型柔性制造技術，具有工序短、材料利用率高、形狀自由度高、無需制作模具等突出優(yōu)勢。增材制造已經(jīng)成為難加工/成形鈦合金、高溫合金和金屬間化合物及其復合材料零部件制造的關鍵技術。增材制造具有粉末逐層凝固堆積和快速凝固的特點，可以顯著細化甚至納米化金屬基復合材料中的顆粒增強相。可以說，增材制造為制造納米增強金屬基復合材料，并成形出復雜形狀的零部件，同時實現(xiàn)力學性能上的新突破，開辟了新的途徑。

然而，當前鈦基復合材料增材制造的所用的粉末材料，主要是球形基體合金粉末與增強體原材料粉末機械混合得到的前驅體粉末。雖然基于混合粉末的激光增材制造鈦基復合材料工藝比較簡單和靈活，但是仍然存在著難于克服的突出問題。具體有：粉末流動性變差、基體和增強體材料的能量吸收系數(shù)差異大、增強相原材料熔化不充分、增強相顆粒團簇和偏聚、額外引入氧和其它雜質，且增強相含量不能準確控制等。這些突出的問題，加上隨之產(chǎn)生的增材制造開裂和孔洞缺陷，導致基于混合粉末增材制造出的鈦基復合材料，很難實現(xiàn)優(yōu)異的力學性能，特別是室溫拉伸塑性。而采用無坩堝電極氣霧化法(EIGA)制造鈦基復合材料球形合金粉末，面臨著粉末球形度較差、粉末氬氣腔比例高和制造成本偏高的問題。因此，亟需開發(fā)出一種面向納米增強鈦基復合材料增材制造專用球形粉末的低成本化制造工藝。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現(xiàn)有技術中增材制造用鈦基復合材料粉末存在的氧含量偏高、流動性較差、增強相含量難于精確控制，容易誘發(fā)增強相顆粒團簇或者激光熔化不充分等技術問題，本發(fā)明提供一種納米多相增強鈦基復合材料增材制造專用球形粉末的制造方法，該方法低成本，為制造高性能納米多相增強鈦基復合材料復雜零部件提供高品質的球形合金粉末。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術方案包括：

一種納米多相增強鈦基復合材料增材制造專用球形粉末的制造方法，其包括如下步驟：

S1、采用合金基體和增強相的原材料，進行電極棒的壓制；

S2、將壓制的電極棒進行真空熔鑄合成鑄錠；

S3、將鑄錠進行制粉用電極棒的加工；

S4、將步驟S3獲得的制粉用電極棒進行等離子旋轉電極法制粉；

S5、將步驟S4獲得的粉末進行篩分和封裝。