一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术属于钛基复合材料技术领域，具体公开了一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：共晶陶瓷粉末的制备、共晶陶瓷增强钛基复合材料的制备、复合材料的激光3D打印，本发明专利技术将共晶陶瓷复合材料打印成金属零件，其常温和高温力学性能都有了显著的提高。提高。提高。

【技术实现步骤摘要】
一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于钛基复合材料
，具体涉及一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]Ti6Al4V合金是用于制造高性能零部件的重要材料，广泛应用于航空航天、海洋装备等领域。随着产业的不断发展，对Ti6Al4V零部件的形状复杂度与耐高温性能要求越来越高，研发高温性能优异的复杂Ti6Al4V零部件的工艺方法具有重要意义。
[0003]激光选区熔化技术是金属材料增材制造中的一种主要技术途径。该技术选用激光作为能量源，按照三维CAD切片模型中规划好的路径在金属粉末床层进行逐层扫描，扫描过的金属粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终获得模型所设计的金属零件。激光选区熔化成形技术克服了传统技术的制造极限，可直接成形力学性能优异的复杂金属零部件。
[0004]通过在Ti6Al4V中添加陶瓷成分，有利于提高Ti6Al4V材料的高温性能。采用激光选区熔化成形陶瓷颗粒增强钛基复合材料，是制造高温性能优异的复杂Ti6Al4V零部件的有效途径。然而，陶瓷材料如氧化铝的添加，由于氧化铝的熔点过高在激光打印的过程中不能很好的被融化，会导致Ti6Al4V在增材制造过程中容易发生开裂，最终导致成形失败。
[0005]因此非常有必要开发一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法。
[0007]为实现以上目的，本专利技术的技术方案之一为：一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0008](1)共晶陶瓷粉末的制备：将共晶陶瓷粉末的各原材料同湿磨介质一起放入球磨机球磨，球磨后烘干、研磨、过筛制得共晶陶瓷粉末；
[0009](2)共晶陶瓷增强钛基复合材料的制备：将步骤(1)制得的共晶陶瓷粉末和钛合金粉末按比例加入球磨混合设备中充分球磨后烘干、过筛制得共晶陶瓷增强钛基复合材料粉末；
[0010](3)复合材料的激光3D打印：对步骤(3)制得的共晶进行激光3D打印，本专利技术采用的激光增材制造工艺为激光选区熔化成形(SelectiveLaserMelting)，打印前将基板温度预热到180
‑
220℃，激光功率为180
‑
220W，扫描速率为500
‑
700mm/s，层厚为20
‑
40μm，扫描间距为0.10
‑
0.15mm，激光光斑直径为60
‑
80μm，制得高温硬度增强的钛基复合材料。
[0011]在本专利技术一优选实施方案中，所述步骤(1)中共晶陶瓷粉末为Al2O3和ZrO2的混合粉末，其中Al2O3粉末的粒径分布为5
‑
8μm，ZrO2粉末的粒径为150
‑
250nm；共晶陶瓷粉末中Al2O3粉末和ZrO2粉末的质量比(5
‑
7):(3
‑
5)。
[0012]在本专利技术一优选实施方案中，所述步骤(1)中湿磨介质中酒精和去离子水的体积比为1:1。
[0013]进一步地，所述酒精质量分数为65
‑
85％。
[0014]酒精和陶瓷的材料亲和性好，但是加入纯酒精作为辅助研磨容易因为高温而燃烧，所以加入酒精和水，能够保持良好的亲和性和辅助研磨。
[0015]在本专利技术一优选实施方案中，所述步骤(1)中球磨球与物料的质量比为3
‑
5:1，在转速为150
‑
250rpm的条件下真空球磨粉碎，每工作5min，间隔5min再继续球磨，球磨3
‑
5h得到共晶陶瓷复合粉末。
[0016]在本专利技术一优选实施方案中，所述步骤(1)中烘干温度为70
‑
90℃，烘干时间为20
‑
28h。
[0017]在本专利技术一优选实施方案中，所述步骤(2)中共晶陶瓷粉末和钛合金粉末的球磨球与物料的质量比为4
‑
6:1、球磨转速为100
‑
150rpm，球磨粉碎20
‑
28h。
[0018]在本专利技术一优选实施方案中，所述步骤(2)中烘干温度为70
‑
90℃，烘干时间为20
‑
28h，用180
‑
220目筛网过筛。
[0019]在本专利技术一优选实施方案中，所述步骤(2)中共晶陶瓷增强钛基复合材料中共晶陶瓷粉末的含量为0.5vol％
‑
1.5vol％。
[0020]在本专利技术一优选实施方案中，所述步骤(2)中制得的共晶陶瓷增强钛基复合材料粒径分布为20
‑
45μm。
[0021]在本专利技术一优选实施方案中，所述步骤(2)中制得的共晶陶瓷增强钛基复合材料常温维氏硬度为342.15MPa，800℃维氏硬度为253.52MPa。
[0022]在本专利技术一优选实施方案中，所述步骤(3)中激光功率为200W，扫描速度为600m/s，扫描间距为0.12mm，层厚为30μm，激光光斑直径为70μm。
[0023]为实现以上目的，本专利技术的技术方案之二为：一种激光选区熔化打印的钛基陶瓷复合材料。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的进步之处：
[0025](1)本专利技术的方法可以制备出适用于增材制造的粉末，并探索出适用于该粉末打印成型样品的最佳工艺参数；
[0026](2)本专利技术的方法共晶陶瓷复合材料打印成形的金属零件，其常温和高温力学性能都有了显著的提高。
附图说明
[0027]图1为本专利技术提供的共晶陶瓷增强钛基复合材料的制作到打印的基本流程图；
[0028]图2为实施例1中共晶陶瓷粉末、共晶陶瓷复合粉末、Ti6Al4V粉末及共晶陶瓷增强钛基复合材料的电镜图：(a)氧化铝粉末、(b)氧化锆粉末、(c)共晶陶瓷粉末、(d)Ti6Al4V粉末、(e)共晶陶瓷增强钛基复合材料；
[0029]图3为实施例1制得的含有1vol％共晶陶瓷增强的高温硬度增强的钛基复合材料样品和不含共晶陶瓷的样品在各个温度下的硬度曲线图。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行更详细地描述，但本专利技术的保护范围并不受限于这些实施例。文中相同的附图标记始终代表相同的元件，相似的附图标记代表相似的元件。
[0031]一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0032](1)共晶陶瓷粉末的制备：将共晶陶瓷粉末的各原材料使用酒精浸泡后一起放入球磨机球磨，球磨后烘干、研磨、过筛制得共晶陶瓷粉末；
[0033](2)共晶陶瓷增强钛基复合材料的制备：将步骤(1)制得的共晶陶瓷粉末和钛合金粉末按比例加入球磨混合设备中充分球磨后烘干本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)共晶陶瓷粉末的制备：将共晶陶瓷粉末的各原材料同湿磨介质一起放入球磨机，球磨后烘干、研磨、过筛制得共晶陶瓷粉末；(2)共晶陶瓷增强钛基复合材料的制备：将步骤(1)制得的共晶陶瓷粉末和钛合金粉末按比例加入球磨混合设备中充分球磨后烘干、过筛制得共晶陶瓷增强钛基复合粉末；(3)复合材料的激光3D打印：对步骤(3)制得的共晶瓷增强钛基复合粉末进行激光3D打印，采用激光选区熔化成形，打印前将基板温度预热到180
‑
220℃，激光功率为180
‑
220W，扫描速率为500
‑
700mm/s，层厚为20
‑
40μm，扫描间距为0.10
‑
0.12mm，激光光斑直径为60
‑
80μm，制得高温硬度增强的钛基复合材料。2.如权利要求1所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中共晶陶瓷粉末为Al2O3和ZrO2的混合粉末，所述Al2O3和ZrO2的质量比为(5
‑
7):(3
‑
5)，所述Al2O3粉末的粒径为5
‑
8μm，所述ZrO2粉末的粒径为150
‑
250nm。3.如权利要求1所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中湿磨介质中酒精和去离子水的体积比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐仰立，韩光耀，黄国钦，骆培辉，
申请(专利权)人：南安华大石材产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：