一种协同提升激光增材钛合金强塑性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种协同提升激光增材钛合金强塑性能的方法。该方法包括采用激光粉末沉积技术对混合粉末进行增材制备；再对增材后的合金进行轧制，得到钛合金件；混合粉末包括钛合金粉末和纳米级陶瓷粉末。本发明专利技术通过在钛合金粉末中加入纳米级的陶瓷粉末，并配合轧制工艺，可以为钛合金高温β相向低温α相转变过程中提供形核剂，细化α相的尺寸，提升增材组织的致密度，且组织中纳米颗粒物也可以提升合金强度，实现激光增材钛合金强塑性的同步提高。实现激光增材钛合金强塑性的同步提高。实现激光增材钛合金强塑性的同步提高。

【技术实现步骤摘要】
一种协同提升激光增材钛合金强塑性能的方法


[0001]本专利技术涉及激光增材制造
，具体而言，涉及一种协同提升激光增材钛合金强塑性能的方法。

技术介绍

[0002]钛合金具有较高的比强度、比模量和优异的抗疲劳、耐蚀、耐热以及生物相容性等特性，是目前最受青睐的结构功能材料和生物医学材料，广泛应用于航空航天、军事、医疗、船舶和民用器材等领域。
[0003]激光增材制造，是一种将激光熔覆技术与快速原型技术相结合的先进制造技术。该技术以高能激光束为热源，以送粉/丝或铺粉为材料供给方式，通过分层加工、逐层累加的方式实现三维实体零件的快速成形，有效地缩短生产周期与降低零件加工成本。此外，激光增材制造也能实现磨损零件的快速修复。
[0004]相对于传统加工工艺手段，激光增材制造可以对材料进行近净成形，生产过程无模具，极大的降低生产周期和生产成本。然而，激光增材钛合金组织中，α板条组织较为粗大，且组织不能完全致密，极大影响了激光增材钛合金的强塑性能。
[0005]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种协同提升激光增材钛合金强塑性能的方法，以改善现有技术中激光增材钛合金组织中α板条组织较为粗大、组织不能完全致密，以致极大影响了激光增材钛合金的强塑性能的问题。
[0007]本专利技术是这样实现的：
[0008]一种协同提升激光增材钛合金强塑性能的方法，其步骤包括：采用激光粉末沉积技术对混合粉末进行增材制备；再对增材后的合金进行轧制，得到钛合金件；
[0009]上述混合粉末包括钛合金粉末和纳米级陶瓷粉末。
[0010]在可选的实施方式中，钛合金粉末为球形颗粒，钛合金粉末的颗粒直径范围为50
‑
200μm。
[0011]在可选的实施方式中，陶瓷粉末选自Y2O3粉末和ZrO2粉末中的至少一种。
[0012]在可选的实施方式中，陶瓷粉末为球形颗粒，陶瓷粉末的颗粒直径范围为1
‑
100nm。
[0013]在可选的实施方式中，陶瓷粉末的添加量为混合粉末质量的0.1％
‑
1％。
[0014]在可选的实施方式中，将钛合金粉末与陶瓷粉末制备为混合粉末的方式包括球磨混粉。
[0015]在可选的实施方式中，球磨混粉的球料比为2
‑
3:1。
[0016]在可选的实施方式中，球磨混粉过程中采用氩气作为保护气体。
[0017]在可选的实施方式中，球磨混粉的转速为300
‑
500r/min。
[0018]在可选的实施方式中，球磨混粉的时间为300
‑
360min。
[0019]在可选的实施方式中，混合粉末采用真空加热的方式烘干，真空加热的温度为80
‑
100℃，真空加热的时间为300
‑
360min。
[0020]在可选的实施方式中，在进行增材制备前，还包括对钛合金基板表面进行打磨、清洗和吹干。
[0021]在可选的实施方式中，钛合金基板的厚度为20
‑
50mm。
[0022]在可选的实施方式中，清洗步骤中采用的清洗溶液为丙酮或/和酒精。
[0023]在可选的实施方式中，激光粉末沉积技术包括：将混合粉末置于送粉器内，将钛合金基板固定于增材工作台上；设置激光增材的参数；控制送粉器的送粉头位于基板上方，激光头发出的激光焦点位于基板的表面；运行激光增材的程序。
[0024]在可选的实施方式中，增材制备是在含惰性气体的仓室中进行。
[0025]在可选的实施方式中，惰性气体包括氩气，仓室中氧气含量为0
‑
5ppm。
[0026]在可选的实施方式中，激光增材的参数包括：送粉器的转速为5
‑
20r/min，送粉器中的粉末吹气为氩气，气流量为10
‑
25L/min；激光功率为600
‑
2000W，激光头运动速率为300
‑
2000mm/min，沉积层高为0.3
‑
0.6mm。
[0027]在可选的实施方式中，激光焦点处的激光光斑的直径为1.0
‑
3.0mm。
[0028]在可选的实施方式中，轧制步骤中轧制力为5
‑
20kN。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0030]本专利技术通过在钛合金粉末中加入纳米级的陶瓷粉末，并配合轧制工艺，可以为钛合金高温β相向低温α相转变过程中提供形核剂，细化α相的尺寸，提升增材组织的致密度，且组织中纳米颗粒物也可以提升合金强度，实现激光增材钛合金强塑性的同步提高。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0032]图1为实施例1中混合粉末激光增材沉积态组织；
[0033]图2为实施例2中混合粉末激光增材沉积态组织；
[0034]图3为对比例1中激光增材沉积态组织；
[0035]图4为实施例1和对比例1中混合粉末激光增材组织的力学性能检测结果；
[0036]图5为实施例2和对比例2中混合粉末激光增材组织的力学性能检测结果；
[0037]图6为对比例3和对比例4中激光增材组织的力学性能检测结果。
具体实施方式
[0038]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0039]由于现有技术中存在激光增材钛合金组织中α板条组织较为粗大、组织不能完全致密，以致极大影响了激光增材钛合金的强塑性能的问题。为了改善上述技术问题，本专利技术的专利技术人在现有技术的基础上对激光增材的混合粉末原料进行改进，并采用轧制的工艺对增材的合金进行轧制，以细化微观组织，提升材料的致密度，从而提升激光增材制造钛合金的强度和塑性。
[0040]基于此，本专利技术提供了一种协同提升激光增材钛合金强塑性能的方法，其步骤包括：向钛合金粉末中加入纳米级陶瓷粉末，混合均匀后烘干备用；使用激光粉末沉积技术对混合粉末进行增材制备；再对增材后的合金进行轧制，得到钛合金件。
[0041]具体地，上述协同提升激光增材钛合金强塑性能的方法包括以下步骤：
[0042](1)将一定量的纳米级的陶瓷粉末添加进钛合金粉末之中，采用球磨混粉的方法将粉末混合均匀，将混合均匀的粉末放置于真空加热炉中进行烘干备用；对钛合金基板表面进行打磨、清洗和吹干后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种协同提升激光增材钛合金强塑性能的方法，其特征在于，其步骤包括：采用激光粉末沉积技术对混合粉末进行增材制备；再对增材后的合金进行轧制，得到钛合金件；所述混合粉末包括钛合金粉末和纳米级陶瓷粉末。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钛合金粉末为球形颗粒，所述钛合金粉末的颗粒直径范围为50
‑
200μm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉末选自Y2O3粉末和ZrO2粉末中的至少一种。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉末为球形颗粒，所述陶瓷粉末的颗粒直径范围为1
‑
100nm。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉末的添加量为所述混合粉末质量的0.1％
‑
1％。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述钛合金粉末与所述陶瓷粉末制备为所述混合粉末的方式包括球磨混粉；优选地，所述球磨混粉的球料比为2
‑
3:1；优选地，所述球磨混粉过程中采用氩气作为保护气体；优选地，所述球磨混粉的转速为300
‑
500r/min；优选地，所述球磨混粉的时间为300
‑
360min。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合粉末采用真空加热的方式烘干，所述真空加热的温度为80
‑
100℃，所述真空加热的时间为3...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙军浩，李铸国，冯珂，庞小通，凌玮，刘长清，焦伟，王瑞博，连宏宇，程静，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：