一种TiAl合金零件的快速成形方法技术

本发明专利技术公开了一种TiAl合金零件的快速成形方法，将TiAl合金粉末和添加元素粉末混合，球磨后加入到光固化单体溶剂中，再加入分散剂、光引发剂、消泡剂，混合均匀得到浆料；将制备好的浆料利用紫外线光束，根据零件的三维模型逐层、逐点进行固化打印，得到固化成形的TiAl合金坯体；最后合金坯体放入到烧结炉中进行脱脂和热等静压，得到TiAl合金。本发明专利技术方法实现复杂零件的近净成形，解决TiAl合金热加工易开裂等性能差的缺点，摆脱了传统加工方式对模具的依赖性，缩短加工时长，节约成本。同时该合金零件达到致密化的效果，实现了TiAl合金零件的批量制备。

Rapid forming method for TiAl alloy parts

The invention discloses a method for rapid prototyping parts of TiAl alloy, TiAl alloy powder and mixed powder adding elements, after milling to join the light curing monomer in a solvent, adding dispersant, initiator, defoaming agent, mixing slurry; the slurry prepared by ultraviolet light, according to the 3D model of the part layer by layer point, curing printing, TiAl alloy billet solidification; finally, alloy blank into the sintering furnace for degreasing and hot isostatic pressing, TiAl alloy. The method of the invention realizes the near net shape of the complex parts, solves the defects of poor thermal cracking and poor performance of the TiAl alloy, and eliminates the dependence of the traditional processing mode on the die, shortens the processing time and saves the cost. At the same time, the alloy parts have reached densification effect, and batch preparation of TiAl alloy parts has been realized.

【技术实现步骤摘要】
一种TiAl合金零件的快速成形方法
本专利技术属于材料制备
，具体涉及一种TiAl合金零件的快速成形方法。
技术介绍
TiAl作为一种新型的轻质高温合金，比强度与钛合金相当，具有高的比刚度及导热系数，密度低于钛合金和镍基高温合金，被公认为新型航空航天发动机的静止件、转动件的首选材料，主要应用于高压压气机导向叶片、压缩机壳体、活塞盖、涡轮增压器转子、排气阀座等零件。但是，TiAl合金室温脆性大，加工性能差，大大限制了TiAl合金在航空航天领域的应用。目前，TiAl合金零件的成形方法主要有传统粉末冶金、铸锭冶金法、物理气相沉积法、流延法等，这些方法主要存在以下缺点：1)这些方法属于热加工方法，产品易开裂，需要结合其他后期处理来成形零件，后期处理工序复杂，生产时间周期较长，制备成本高，不适合批量生产；2)组织内部存在较严重的疏松、缩孔和成分偏析问题；3)依赖模具成形，制备成品结构单一，难以实现复杂零件的成形。以上缺点使得现有制备方法不适用于批量及复杂形状TiAl合金零件的生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种TiAl合金零件的快速成形方法，解决了现有制备方法不适用于批量及复杂形状TiAl合金零件生产的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种TiAl合金零件的快速成形方法，包括以下步骤：将TiAl合金粉末和添加元素粉末，得到固体混合粉末，通过球磨机对所述固体混合粉末进行解离、球磨，球磨的同时加入分散剂；将球磨后的固体混合粉末加入到光固化单体溶剂中，再加入分散剂、光引发剂、消泡剂，混合均匀得到浆料；将制备好的所述浆料装入光固化设备，利用紫外线光束，根据零件的三维模型逐层、逐点进行固化打印，得到固化成形的TiAl合金坯体；通过烧结炉对所述固化成形的TiAl合金坯体进行脱脂和热等静压，得到TiAl合金零件。本专利技术的特点还在于：优选地，上述添加元素粉末为Nb、W、Mo、Y、Si中任一种，添加元素粉末的含量为固体粉末总质量的5％～10％。添加此类β相稳定元素可以降低相转变温度，有效地改善TiAl合金内部组织。优选地，光固化单体溶剂为环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚丙烯酸酯、缩水甘油基类、缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、脂环族环氧、聚氨酯类环氧、不饱和双键氧化类环氧、芳香族环氧中任一种或其中至少两种的混合物，光固化单体溶剂的质量与固体粉末的质量比为1:1～9:1。这类光固化单体固化交联密度较高，体积收缩率小、层与层间附着力强，有助于提高合金性能，且固化速度快，能够减少达到完全固化所需的时间。优选地，光引发剂为重氮盐、芳茂铁盐、碘鎓盐、硫鎓盐、安息香类、苯乙酮类或苯乙酮缩酮类，光引发剂的质量为光固化单体质量的0.4％～2％。上述光引发剂的固化效率高。优选地，分散剂为聚丙酸钠、聚丙烯、聚苯乙烯、四元醋酸铵、己烯基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯中的任一种，两次添加的分散剂的总质量占固体混合粉末总质量的0.5％～5％，球磨过程中加入分散剂总质量的0.3％～2％，浆料混合过程中加入分散剂总质量0.2％～3％。优选地，消泡剂为乙醇、聚丙烯酸酯、聚二甲基硅油、改性聚硅氧烷、金属皂或磷酸三丁酯，消泡剂的质量为浆料质量的0.4％～0.9％，可以有效降低气泡周围的张力，促使气泡聚集成大的气泡，最终气泡破裂消失。进一步地，第二次加入所述分散剂、光引发剂、消泡剂时，还加入稀释剂，稀释剂为甲乙酮、环己酮、甲苯、正丁醇或苯乙烯，稀释剂的质量为浆料质量的0.5％～1％。加入稀释剂可降低浆料粘度，加快固化速度。优选地，固体粉末加入到光固化单体溶剂中混合时，对固体粉末及光固化单体溶剂进行预热，预热温度在40℃～70℃之间，提高固体粉末在浆料中的溶解度，有助于增加固体粉末的含量，改善成形零件的质量。优选地，通过烧结炉对固化成形的TiAl合金坯体进行脱脂时的脱脂温度为200℃～450℃，保温时间为2h～4h。该温度和时间可以保证树脂可以脱除，保温时间可以充分的进行脱脂。优选地，热等静压为在1000℃～1300℃，压强40MPa～170MPa条件下保温1h～3h，该参数能使合金零件致密性更好。本专利技术的有益效果是，本专利技术采用光固化的手段进行TiAl合金零件坯体的生成，1)实现复杂零件的近净成形，解决TiAl合金现有加工方法易开裂等性能差的缺点，同时无需后续加工，缩短加工时长，节约成本；2)结合脱脂和热等静压技术，有效消除成形过程中产生的疏松、缩孔等缺陷，达到零件致密化的效果；3)摆脱了传统加工方式对模具的依赖性，可以实现TiAl合金零件的批量制备以及复杂零件的成形。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术并不限于这些实施方式。本专利技术的TiAl合金的快速成形方法具体按照以下步骤实施：步骤1，原材料制备(1)球磨选取TiAl合金粉末和添加元素粉末，混合得到固体粉末，放入球磨机中进行解离、球磨，添加元素粉末可以为Nb、W、Mo、Y、Si等，用于提高合金的高温抗氧化性能，其含量为固体粉末总质量的5％～10％。球磨的同时加入分散剂，促进粉末的均匀分散和混合。(2)浆料制备将球磨后的固体粉末加入到光固化单体溶剂中，再逐步加入适量分散剂，促进固体粉末的分散，混合过程中进行预热，预热温度在30℃～50℃之间。搅拌均匀后，加入光引发剂、稀释剂、消泡剂，混合均匀得到浆料。在引入光引发剂的时候以及后续的混合、储存过程应该在暗室中进行，避免见光，尤其紫外光，以保证浆料保持良好的流动性以及防止变质。光固化单体溶剂可采用丙烯酸酯类齐聚物或环氧类齐聚物之一，或者二者的混合物，可以使用的有环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚丙烯酸酯、缩水甘油基类、缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、脂环族环氧、聚氨酯类环氧、不饱和双键氧化类环氧、芳香族环氧等，光固化单体的质量与固体粉末的质量比为1:1～9:1。光引发剂主要包括自由基光引发剂以及阳离子引发剂，如重氮盐、芳茂铁盐、碘鎓盐、硫鎓盐、安息香类、苯乙酮类或苯乙酮缩酮类，光引发剂的含量一般为光固化单体质量的0.4％～2％。分散剂可采用聚丙酸钠、聚丙烯、聚苯乙烯、四元醋酸铵、己烯基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯中的任一种，两次添加的分散剂相同，总质量一共占固体粉末总质量的0.5％～5％，球磨过程中加入其中的0.3％～2％，浆料混合过程中加入0.2％～3％。消泡剂可采用乙醇、聚丙烯酸酯、聚二甲基硅油、改性聚硅氧烷、金属皂或磷酸三丁酯，添加量为浆料质量的0.4％～0.9％。稀释剂可以采用甲乙酮、环己酮、甲苯、正丁醇或苯乙烯，添加量为浆料质量的0.5％～1％。对于有机溶剂，在保证浆料优异性能的条件下，尽量选取少剂量，以防后期脱脂烧结过程中，由于过度收缩而引发零件变形。步骤2，坯体制备将制备好的浆料装入光固化设备，利用紫外线光束，采用面曝光或者点扫描的方式，根据零件的三维模型逐层、逐点进行固化打印，得到固化成形的TiAl合金坯体。光固化层厚控制在30～60μm。步骤3，后处理将光固化成形的TiAl合金坯体放入到烧结炉中进行脱脂，脱脂温度可以根据热重(TG)曲线进行确定，一般选取质量变化较为严重的温度区间作为脱脂温度，一般为200℃～450℃。为保证脱脂过程的完全性，保温时间为2h～4h，确保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TiAl合金零件的快速成形方法，其特征在于，包括以下步骤：将TiAl合金粉末和添加元素粉末混合，得到固体混合粉末，通过球磨机对所述固体混合粉末进行解离、球磨，球磨的同时加入分散剂；将球磨后的固体混合粉末加入到光固化单体溶剂中，再加入所述分散剂、光引发剂、消泡剂，混合均匀得到浆料；将制备好的所述浆料装入光固化设备，利用紫外线光束，根据零件的三维模型逐层、逐点进行固化打印，得到固化成形的TiAl合金坯体；通过烧结炉对所述固化成形的TiAl合金坯体进行脱脂和热等静压，得到TiAl合金零件。

【技术特征摘要】
1.一种TiAl合金零件的快速成形方法，其特征在于，包括以下步骤：将TiAl合金粉末和添加元素粉末混合，得到固体混合粉末，通过球磨机对所述固体混合粉末进行解离、球磨，球磨的同时加入分散剂；将球磨后的固体混合粉末加入到光固化单体溶剂中，再加入所述分散剂、光引发剂、消泡剂，混合均匀得到浆料；将制备好的所述浆料装入光固化设备，利用紫外线光束，根据零件的三维模型逐层、逐点进行固化打印，得到固化成形的TiAl合金坯体；通过烧结炉对所述固化成形的TiAl合金坯体进行脱脂和热等静压，得到TiAl合金零件。2.根据权利要求1所述的TiAl合金零件的快速成形方法，其特征在于，所述添加元素粉末为Nb、W、Mo、Y、Si中任一种，其含量为所述固体粉末总质量的5％～10％。3.根据权利要求1所述的TiAl合金零件的快速成形方法，其特征在于，所述光固化单体溶剂为环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚丙烯酸酯、缩水甘油基类、缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、脂环族环氧、聚氨酯类环氧、不饱和双键氧化类环氧、芳香族环氧中任一种或其中至少两种的混合物，所述光固化单体溶剂的质量与所述固体混合粉末的质量比为1:1～9:1。4.根据权利要求1所述的TiAl合金零件的快速成形方法，其特征在于，所述光引发剂为重氮盐、芳茂铁盐、碘鎓盐、硫鎓盐、安息香类、苯乙酮类或苯乙酮缩酮类，所述光引发剂的质量为光固化单体质量的0.4％～2％。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓明，许海嫚，徐天文，
申请(专利权)人：西安铂力特激光成形技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61