【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造和粉末冶金，尤其涉及一种高强韧阻尼耐磨钛合金及其制备方法和应用。
技术介绍
1、海洋工程、航空航天等领域的快速发展，导致其对于材料的轻量化、耐磨性以及减振降噪等性能提出了更高的要求。目前，常用的双相不锈钢材料存在密度高、耐腐蚀性差、阻尼系数低等问题，无法满足高性能使用要求。钛合金具有高比强度、优异耐腐蚀性、良好生物相容性等特点，是理想的海洋工程和航空航天材料。然而，传统钛合金的耐磨性较差，阻尼系数较低，无法满足摩擦磨损和静音的特殊应用场景。
2、通常地，通过第二相陶瓷颗粒强化可以提高钛合金的耐磨性能。另外，采用添加β相稳定元素等方法能有效提高钛合金的阻尼性能。然而，钛合金耐磨性的提高往往会降低阻尼性，或者钛合金阻尼性的改善会降低耐磨性。换言之，钛合金的耐磨性和阻尼系数之间存在一定的互斥，其多性能多功能的耦合存在一定的挑战和技术难点。
3、目前，对于高强韧钛合金兼具耐磨性和阻尼性的研究未见报道。因此，亟需开发一种高强韧阻尼耐磨钛合金及其制备方法，解决传统材料在强度、韧性、阻尼与耐磨等力学性能存在不兼容的问题。
技术实现思路
1、基于上述技术问题，本专利技术提供一种具有高强韧阻尼耐磨的钛合金及其制备方法和应用。本专利技术基于梯度策略，制备了一种具有功能梯度的钛合金材料，从而实现了耐磨、减振降噪、高强韧性能的耦合。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一方面，本专利技术提供一种高强韧阻尼耐磨钛合金，其
4、所述ti-niti复合层中，ti粉末和niti粉末的混合物中niti粉末的质量分数为5~20 wt%；
5、所述ti-tic复合层中，ti粉末和tic粉末的混合物中tic粉末的质量分数为5~20wt%。
6、在某些具体的实施方式中，作为基底层的钛合金层的抗拉强度可列举出950 mpa、1000 mpa、1050 mpa、1100 mpa、1200 mpa等。
7、作为优选地实施方式，所述钛合金层为ti80合金层；
8、所述ti80合金层的化学成分为ti-6al-3nb-2zr-1mo，其组成元素按照质量分数包括：al：5.5~6.5 wt%、nb：2.5~3.5 wt%、zr：1.5～2.5 wt%、mo：0.6～1.5 wt%、余量为ti以及不可避免地杂质元素；所述不可避免地杂质元素包括fe、si、c和o；其中，o的含量过高会导致力学性能下降，一般o的含量≤0.2 wt%。
9、作为优选地实施方式，所述ti80合金层由其原料粉末经3d激光打印制备得到；所述原料粉末的粒径为15~53 μm；在本专利技术的技术方案中，所述原料粉末为ti80合金层组成中的金属元素的原料粉末。
10、在本专利技术的技术方案中，所述钛合金层的厚度没有特别限制，在某些具体的实施方式中为0.5 cm~10 cm，例如0.5 cm、1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm、6 cm、7 cm、8 cm、9 cm、10 cm或它们之间的任意值。
11、作为优选地实施方式，所述ti-niti复合层中的ti粉末的粒径为15~53 μm；
12、在本专利技术的技术方案中，所述ti-niti复合层中的ti粉末的组成元素包括ti和不可避免地杂质元素；所述不可避免地杂质元素包括c、o、h和n，其中，o的含量≤0.2 wt%；
13、优选地，所述ti-niti复合层中的niti粉末的粒径为10~20 μm；
14、在本专利技术的技术方案中，所述ti-niti复合层的厚度没有特别地限制，在某些具体的实施方式中为0.5~1.5 mm，例如0.5 mm、0.7 mm、0.9 mm、1.0 mm、1.2 mm、1.4 mm、1.5 mm或它们之间的任意值。
15、作为优选地实施方式，所述ti-tic复合层中的ti粉末的粒径为15~53 μm；
16、在本专利技术的技术方案中，所述ti-tic复合层中的ti粉末的组成元素包括ti和不可避免地杂质元素；所述不可避免地杂质元素包括c、o、h和n，其中，o的含量≤0.2 wt%；
17、优选地，所述ti-tic复合层中的tic粉末的粒径为2~4 μm；
18、在本专利技术的技术方案中，所述ti-tic复合层的厚度没有特别地限制，在某些具体的实施方式中为1~2 mm，例如1.0 mm、1.1 mm、1.2 mm、1.3 mm、1.4 mm、1.5 mm、1.6 mm、1.7mm、1.8 mm、1.9 mm、2 mm或它们之间的任意值。
19、又一方面，本专利技术提供一种制备上述高强韧阻尼耐磨钛合金的方法，包括以下步骤：
20、按照所述高强韧阻尼耐磨钛合金的结构将原料粉末于3d激光打印成型设备中进行激光打印。
21、作为优选地实施方式，所述激光的功率为180~200 w；所述激光打印的扫描速率为800~1000 mm/s。
22、又一方面，本专利技术提供上述高强韧阻尼耐磨钛合金在航空航天、汽车工业、海洋工程领域中的应用。
23、上述技术方案具有如下优点或者有益效果：
24、本专利技术提供了一种具有功能梯度的高强韧阻尼耐磨钛合金，该钛合金依次包括表面的ti-tic复合层、中间的ti-niti复合层和钛合金层基底层。其中，ti-tic复合层中的tic能够作为陶瓷增强相提高表面耐磨性；ti-niti复合层通过niti阻尼相，实现良好的阻尼效果；以抗拉强度不低于900 mpa的钛合金层作为基底层，其较强的韧性，作为基底材料能够提高整体的强度。本专利技术所提供的钛合金可通过利用3d激光打印技术使原料粉末完全熔化并快速冷却，实现成分梯度过渡，制备获得高强韧阻尼耐磨性。该钛合金的室温抗拉强度≥1000 mpa，断裂延伸率≥8%，磨损率<1.0×10-6 mm3/(n·m)，阻尼系数≥0.020。
25、本专利技术与现有的专利技术相比具有以下显著优点：
26、本专利技术克服了现有技术中高强韧钛合金耐磨性和阻尼性无法兼得的矛盾，通过梯度策略实现了耐磨、高阻尼、高强韧等多性能的耦合；本专利技术所提供的钛合金通过多材料成分梯度过渡，有效减小界面应力，减少了多组分材料结合界面处易出现的应力变形或开裂的现象。此外，本专利技术中采用的3d激光打印技术不仅能够实现多组分材料的一体化成形，同时还能够灵活设计结构。
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1.一种高强韧阻尼耐磨钛合金，其特征在于，其结构依次包括表面层、中间层和基底层；其中，所述表面层为Ti-TiC复合层；所述中间层为Ti-NiTi复合层；所述基底层为抗拉强度不低于900 MPa的钛合金层；所述Ti-NiTi复合层由Ti粉末和NiTi粉末的混合物经3D激光打印制备得到；所述Ti-TiC复合层由Ti粉末和TiC粉末的混合物经3D激光打印制备得到；
2.根据权利要求1所述的高强韧阻尼耐磨钛合金，其特征在于，所述钛合金层为Ti80合金层；
3.根据权利要求2所述的高强韧阻尼耐磨钛合金，其特征在于，所述Ti80合金层由其原料粉末经3D激光打印制备得到；所述原料粉末的粒径为15~53 μm。
4.根据权利要求1所述的高强韧阻尼耐磨钛合金，其特征在于，所述Ti-NiTi复合层中的Ti粉末的粒径为15~53 μm。
5.根据权利要求1所述的高强韧阻尼耐磨钛合金，其特征在于，所述Ti-NiTi复合层中的Ti粉末的组成元素包括Ti和不可避免地杂质元素；所述不可避免地杂质元素包括C、O、H和N，其中，O的含量≤0.2 wt%；
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