[發明專利]一種相組織連續可調的鈦合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202310090239.1
• 申請日: 2023-02-09
• 公開（公告）號: CN116287824A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 魏曉;金凱航;劉成;方迎春;王海文;張澤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C14/00;B22F1/00;B22F10/28;B22F12/58;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種相組織連續可調的鈦合金的制備方法，包括將TA15粉末和316L粉末進行混合得到混合粉末，其中，所述316L粉末占混合粉末的含量為1～9wt.％；將混合粉末進行球磨、干燥和篩粉得到混合合金粉末；通過激光金屬沉積方法將混合合金粉末沉積在基板上得到鈦合金。通過本申請，能夠通過逐漸增加316L粉末的量，將制備得到的鈦合金由α相連續調控為β相，從而實現力學性能的精確調控，滿足定制力學性能的需求。本發明還公開了采用所述相組織連續可調的鈦合金的制備方法制備得到的相組織連續可調的鈦合金。

技術領域

本發明屬于金屬合金領域，具體涉及一種相組織連續可調的鈦合金及其制備方法。

背景技術

鈦合金以其較高的比強度、斷裂韌性和優異的抗氧化性能在航空航天結構材料領域受到廣泛關注和研究。鈦合金還具有較高的損傷容限和鍛造、鑄造性能。這些突出的優勢使得鈦合金大量應用于航空航天工業、化學工業、交通運輸和海洋航運業中。TA15(Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V)是最受歡迎的中強度近α鈦合金之一，其具有良好的熱強性和焊接性以及出色的切削加工性，因此廣泛應用于焊接結構件、承力結構件以及大型整體部件的制造。相較于廣泛使用的α+β雙相鈦合金TC4(Ti-6Al-4V)，TA15具有更高的工作溫度(450-500℃)，且在中高溫下具有更好的力學性能。

金屬增材制造技術是一種集CAD技術、路徑算法理論于一體的快速制造成型技術，可實現無模具快速自由成形，多材料任意復合制造，且具有全數字化、高柔性的特點。增材制造以3D模型為基礎，通過軟件對模型進行切片計算與處理，構建逐層打印路徑，通過逐層堆積來獲得最終合金零件。其中，激光金屬沉積技術是以激光為能量源，氬氣同步送粉來實現的。該技術具有氣氛保護、操作簡便、成型效率高、成型零件尺寸限制小、可用于材料修復等優點。近年來增材制造技術，尤其是激光金屬沉積(Laser?Metal?Deposition)技術，被認為是用于生產航空航天工業大規模集成TA15所需的復雜幾何形狀零件的有前途的技術。

鈦合金的導熱系數較低，傳統加工方式會導致切削溫度過高以致損壞加工刀具，同時傳統鈦合金加工工藝路徑難度大、技術上困難，而且經濟上昂貴，這限制了鈦合金的廣泛生產與應用。而激光增材制造為鈦合金提供了新的加工和成型路線，可以有效地生產高質量的部件，LMD技術由于同軸送粉的特點，其成形零件的尺寸限制較少，可進行大型復雜零件和梯度材料的成形，此外還可實現對受損零件的非破壞性局部修復，大大拓寬了鈦合金生產、制造與應用的范圍，為鈦合金后續實際應用奠定了良好的生產加工基礎。

鈦合金中α與β相作為主要的組成相，它們在合金中的存在形態與相含量將對鈦合金的顯微組織與力學性能產生重要的影響。通過傳統加工工藝與熱處理制度對鈦合金顯微組織與力學性能的調控是階段式和跨越式的，其調控存在組織、性能跨度大，差異顯著的特點，對于顯微組織的微調與力學性能的需求化定制難以實現，目前仍面臨較大的挑戰。目前，傳統工藝中通過微調合金成分實現材料顯微組織與力學性能的改進的方式由于元素添加量的差異將導致成分偏析與力學性能局域化差異的問題，處理方法復雜繁瑣且效果不佳，仍無法得到較好的解決。

因此，如何通過相調控實現材料顯微組織與力學性能的精確及連續調控是目前面臨的關鍵問題。

發明內容

本申請的目的為提供了一種相組織連續可調的鈦合金及其制備方法，通過本申請，能夠通過逐漸增加316L粉末的量，將制備得到的鈦合金由α相連續調控為β相，從而實現力學性能的精確調控，滿足定制力學性能的需求。

為了達到上述目標，本申請提供了一種相組織連續可調的鈦合金的制備方法，包括：

將TA15粉末和316L粉末進行混合得到混合粉末，其中，所述316L粉末占混合粉末的含量為1～9wt.％；

將混合粉末進行球磨、干燥和篩粉得到混合合金粉末；