[發明專利]基于雙峰粒度分布近球形粉末制備低成本TA15制件的3D打印方法

在審

• 申請號: 202310524833.7
• 申請日: 2023-05-10
• 公開（公告）號: CN116511533A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 徐偉;朱翔宇;路新
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F1/052;B22F1/065;B22F1/107;B22F1/142;B22F1/145;B22F10/34;B33Y10/00;B33Y70/00;B33Y40/10;B33Y80/00;C22C1/04;C22C14/00
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

本發明提供了一種基于雙峰粒度分布近球形粉末制備低成本TA15制件的3D打印方法及高性能低成本TA15制件，該3D打印方法以均勻性良好的雙峰粒度分布的近球形TA15合金粉末為原料，通過粗粉與細粉的雙峰級配改善了近球形粉末床密度，隨后通過優選適合雙峰分布粉末的選區激光熔化技術(SLM)工藝參數窗口制備了低成本高性能TA15制件，為航空航天中TA15鈦合金制件提供了一種更具成本效益的制備方法。

技術領域

本發明涉及金屬材料制備技術領域，具體涉及一種基于雙峰粒度分布近球形粉末制備低成本TA15制件的3D打印方法。

背景技術

TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)合金作為一種高鋁當量近α鈦合金，在航空航天領域中得到廣泛應用，尤其是用作飛機、導彈、運載火箭及衛星等復雜結構部件。然而由于其高熔點、高活性、低熱導率等特性，采用鍛造、鑄造等傳統工藝制備復雜結構時存在成形困難等問題。選區激光熔化(SLM)作為一種常用金屬增材制造技術，通過利用高功率激光束掃描并熔化預鋪設的金屬粉末從而逐層堆積形成所需零件，其在復雜結構制件高精度制備上展現出獨特優勢。因此，采用SLM技術來制造TA15復雜結構件是一種極其高效的方法。

目前SLM?TA15合金所采用的原料基本以霧化球形鈦粉末為主，然而球形粉末收得率低、價格昂貴，極大增加了制造成本。近年來為進一步降低TA15原料粉末成本，科研界與工業界相繼開發了制備工藝簡單、價格低廉的近球形粉末。然而基于近球形粉末所成形制件性能仍難以滿足高端裝備領域對于零部件性能需求。粉末作為SLM技術的原材料，其特性如松裝密度、粒徑等可改變成形過程中粉末床密度、熔池熱流體行為等，從而對其成形制件性能與質量產生重要影響。由此可見，如何對低成本近球形TA15原料粉末特性進行調整以提高成形制件質量及性能，對于其進一步在航空航天領域的應用具有重要意義。

發明內容

為了克服現有技術中的不足，本發明的主要目的在于提供一種基于雙峰粒度分布的近球形粉末制備TA15制件的3D打印方法及高性能低成本TA15制件，該3D打印方法以均勻性良好的近球形TA15粉末為原料粉末，通過粗粉與細粉的雙峰級配改善了近球形粉末床的松裝密度，并優選了適合近球形粉末的工藝參數窗口，而后利用選區激光熔化技術(SLM)制備高性能低成本TA15制件，為航空航天中TA15鈦合金精密制件提供了一種更具成本效益的制備方法。

為了實現上述目的，根據本發明的第一方面，提供了一種基于雙峰粒度分布近球形粉末制備低成本TA15制件的3D打印方法。

該基于雙峰粒度分布近球形粉末制備低成本TA15制件的3D打印方法包括以下步驟：

根據制件形狀繪制三維模型并對其進行分層切片處理，將獲得的二維數據信息輸入SLM成形設備中；

以雙峰粒度分布TA15近球形粉末為原料粉末、鍛造TA15板為基板，通過SLM打印制得特定形狀的TA15制件；其中，所述雙峰粒度分布TA15近球形粉末采用兩種不同平均粒徑的TA15近球形粉末制得。

進一步的，兩種不同平均粒徑的TA15粉末分別稱為細粉和粗粉，其中，所述細粉的粒徑≤20μm，所述粗粉的粒徑為20～70μm且不包含端點值20μm。

進一步的，所述細粉與所述粗粉的中粒徑之比為0.414:1～0.175:1。

優選的，所述細粉與所述粗粉的質量比為1:9～4:6。

進一步的，所述雙峰粒度分布TA15近球形粉末的粒徑≤70μm、流動性＜45s/50g，松裝密度為2.36～2.44g/cm³。

進一步的，SLM打印工藝參數為激光功率為180～220W，掃描速度為900～1400mm/s，掃描間距為0.1～0.15mm，鋪粉層厚為30～35μm；

優選的，基板預熱溫度為200～400℃。