【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钛基复合材料增材制造，具体涉及一种利用金刚石协同改善增材制造ti6al4v力学与热学性能的方法。
技术介绍
1、ti6al4v钛合金因其优异的力学性能和良好的耐腐蚀性能等特点而广泛应用于航空航天领域，常被用于航空发动机叶片和机壳的制造。尽管ti6al4v合金因其独特的性质在航空航天领域展现出较大的应用潜力，但其硬度较低、耐磨性能和导热性能较差的问题不容忽视。特别是在高温高压的极端环境中，ti6al4v合金极易在高温、高速摩擦的环境中遭受碎屑、颗粒的撞击而燃烧，进而引发“钛火”事故。钛合金的燃烧速度非常快，只需要4～20s便可迅速蔓延，一旦燃烧开始，就很难停止。这已成为制约ti6al4v合金在航空领域进一步发展和应用的关键因素。
2、为了提高ti6al4v合金的力学性能，通常加入陶瓷颗粒增强体来制备陶瓷增强钛基复合材料(ceramic-reinforced titanium matrix composite，crtmc)，例如tin、tib、sic、tic以及金刚石等增强体颗粒。其中金刚石具有较高的硬度、优异的导热性能，有望同时提高钛合金的硬度、耐磨性、强度及导热性能。但对于金刚石增强钛基复合材料来说，由于高硬度金刚石的加入，会导致后续的材料加工困难。在众多颗粒增强钛基复合材料的制备方法中，激光熔化沉积技术(laser melting deposition，lmd)可以实现无模具的直接沉积出难加工的特定几何形状的构件，能够减少后续的机械加工，极大减少材料的浪费，节省了大量的时间和成本。因此，用激光熔化沉积
3、有研究者采用粒径为50-150μm的球形纯ti粉末和粒径为1-4μm的金刚石粉末作为原材料，利用lmd方法成功制备了金刚石增强钛基复合材料；由于所添加的金刚石粒径较小，金刚石与钛之间发生反应，几乎完全生成了原位tic，复合材料中未见金刚石残留；随着金刚石质量分数的增加，大尺寸枝晶状tic的含量增加，硬度和杨氏模量显著提高，但并未关注复合材料的拉伸性能和导热性能。金刚石是所有天然材料中具有最高硬度(莫氏硬度10)和最高热导率(900～2320w·m-1·k-1)的材料，同时具有极高的强度(抗压屈服强度为130～140gpa)。如果能将金刚石保留在复合材料中，则有望同时提高ti6al4v基体的硬度、耐磨性、强度和导热性能，从而在保证材料力学性能的同时，降低“钛火”事故风险，促进钛基复合材料在航空航天领域的进一步发展和应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种利用金刚石协同改善增材制造ti6al4v力学与热学性能的方法，包括以下步骤：
2、s1、采用粒径为45～75μm的ti6al4v钛合金粉末和粒径为35～50μm的金刚石粉末作为原材料，通过低能球磨混合得到金刚石/ti6al4v复合材料粉末；
3、s2、将金刚石/ti6al4v复合材料粉末置于激光熔化沉积设备的第一粉罐中，将ti6al4v钛合金粉末置于激光熔化沉积设备的第二粉罐中；
4、s3、根据样品形状和尺寸规划扫描路径，设置激光熔化沉积设备的工艺参数；
5、s4、按照规划路径和预定参数进行样品制备，制备过程中第一粉罐与第二粉罐按照一定送粉速率比进行粉末输送，直至样品制备完成；
6、制备过程中金刚石部分溶解形成原位tic，在ti6al4v基体中形成原位tic和金刚石两种增强相，从而协调改善ti6al4v基体的力学与热学性能。
7、进一步地，步骤s1中，通过低能球磨混合得到的金刚石/ti6al4v复合材料粉末中金刚石的体积分数为n％；步骤s4中，拟制备的金刚石/ti6al4v复合材料中金刚石的体积分数为x％，则制备过程中第一粉罐的送粉速率r1与第二粉罐的送粉速率r2之比为：
8、进一步地，拟制备的金刚石/ti6al4v复合材料中金刚石的体积分数x％的取值范围为：x∈[1,2]。
9、进一步地，n＞x，且为避免金刚石粉末占比过多影响送粉，n∈[1,50]。
10、进一步地，步骤s1中，ti6al4v钛合金粉末和金刚石粉末进行低能球磨混合之前，进行烘干处理；步骤s2中，ti6al4v钛合金粉末置于激光熔化沉积设备的第二粉罐中之前，进行烘干处理。
11、进一步地，步骤s3中，设置激光熔化沉积设备的工艺参数为：激光功率为600～2000w，扫描速度为300～900mm/min，激光熔化沉积装置工作过程中通入保护气。
12、本专利技术的有益效果在于：
13、本专利技术采用35～50μm粒径范围的金刚石粉末颗粒作为增强体原材料，在激光熔化沉积过程中形成原位tic和金刚石两种增强相，可协同改善ti6al4v基体的硬度、耐磨性、强度和导热性能；本专利技术利用激光熔化沉积方法对金刚石/ti6al4v复合材料进行快速成形，能够减少后续的机械加工，克服由于添加金刚石导致的材料难以加工的困难，极大减少材料的浪费，节省大量的时间和成本。
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1.一种利用金刚石协同改善增材制造Ti6Al4V力学与热学性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用金刚石协同改善增材制造Ti6Al4V力学与热学性能的方法，其特征在于：步骤S1中，通过低能球磨混合得到的金刚石/Ti6Al4V复合材料粉末中金刚石的体积分数为n％；步骤S4中，拟制备的金刚石/Ti6Al4V复合材料中金刚石的体积分数为x％，则制备过程中第一粉罐的送粉速率r1与第二粉罐的送粉速率r2之比为：
3.根据权利要求2所述的一种利用金刚石协同改善增材制造Ti6Al4V力学与热学性能的方法，其特征在于：拟制备的金刚石/Ti6Al4V复合材料中金刚石的体积分数x％的取值范围为：x∈[1,2]。
4.根据权利要求3所述的一种利用金刚石协同改善增材制造Ti6Al4V力学与热学性能的方法，其特征在于：n＞x，且为避免金刚石粉末占比过多影响送粉，n∈[1,50]。
5.根据权利要求1所述的一种利用金刚石协同改善增材制造Ti6Al4V力学与热学性能的方法，其特征在于：步骤S1中，Ti6Al4V钛合金粉末和金刚石粉
6.根据权利要求1所述的一种利用金刚石协同改善增材制造Ti6Al4V力学与热学性能的方法，其特征在于：步骤S3中，设置激光熔化沉积设备的工艺参数为：激光功率为600～2000W，扫描速度为300～900mm/min，激光熔化沉积装置工作过程中通入保护气。
...【技术特征摘要】
1.一种利用金刚石协同改善增材制造ti6al4v力学与热学性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用金刚石协同改善增材制造ti6al4v力学与热学性能的方法，其特征在于：步骤s1中，通过低能球磨混合得到的金刚石/ti6al4v复合材料粉末中金刚石的体积分数为n％；步骤s4中，拟制备的金刚石/ti6al4v复合材料中金刚石的体积分数为x％，则制备过程中第一粉罐的送粉速率r1与第二粉罐的送粉速率r2之比为：
3.根据权利要求2所述的一种利用金刚石协同改善增材制造ti6al4v力学与热学性能的方法，其特征在于：拟制备的金刚石/ti6al4v复合材料中金刚石的体积分数x％的取值范围为：x∈[1,2]。
4.根据权利要求3所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：王建东，唐浪，曾禹周，窦文浩，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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