【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发动机材料设计及制备的，特别是一种电子束选区熔化打印tial合金及al元素损失抑制方法。
技术介绍
1、tial基金属间合金因其在高温结构应用中的优异性能，具有低密度、800°c以上优异的抗氧化性、高强度和出色的高温蠕变性能，在航空航天工业中具有极大的应用潜力。目前大多数tial合金都是通过常规铸造或粉末冶金制造的，生产周期长，形状复杂，设计自由度小，通常需要额外的后加工工艺来实现定制的形状。因此，增材制造为快速制造具有高设计自由度的tial合金零件提供了一种替代方法。
2、在真空和预热粉末下工作的电子束选区熔化已被证明是生产tial部件的合适方法。但打印过程中高温造成al的大量损失和异质分布会对力学性能产生不利影响。而tial合金具有典型的四种微观组织，近γ组织(ng)、双态组织(duplex)、近片层组织(nl)以及全片层组织(fl)；其中，al损失造成的异质分布会造成一层片层晶粒一层等轴γ晶粒的“带状组织”，这种异质结构会显著降低tial合金的强度和塑性。
3、研究表明，电子束选区熔化过程中al元素损失大致在0.5-2at.%，且al元素损失无可避免，故而现有的研究大多聚焦于让al损比例保持一致。造成al损失的原因第一方面是在预热阶段束流扫描过粉末时会造成粉末表面al元素的挥发；第二方面是在熔化过程中由于熔池表面温度过高，由饱和蒸汽压可知al元素更容易挥发。如何克服这两方面的技术缺陷，是亟需解决的技术难题。
4、中国专利cn116809965a公开了一种消除电子束3d打印t
5、中国专利cn117753990a公开了一种消除电子束选区熔化成形tial合金分层不均匀微观组织的方法，是对增材制造的tial合金依次进行均质化处理、高温热处理工艺，通过对tial合金进行分段热处理可以有效消除电子束选区熔化成形tial合金普遍存在的在成形粉末堆积方向的分层不均匀晶粒带，并将其调控为近γ组织以及双态组织，获得晶粒细小、组织均匀的增材制造tial合金；虽然热处理能够改善合金分层不均匀微观组织的情况，但是均质化处理针对的是产品，处理时间很长，耗费的热能较多，这会导致晶粒长大，综合力学性能下降。
6、中国专利cn116117164a公开了一种tial合金电子束选区熔化过程中调控组织的方法，通过在每一层制备过程最后增加了加热的过程，减少了合金中的脆性相，使得到的tial产品成形缺陷少，脆性相含量小，相尺寸细小并且分布均匀；其中的加热过程虽然采用电子束，但是流程多，时间短，加热过程中有些组织结构来不及变化，不利于产品的打印，且电子束的扫描速度和电流都很大，耗费的成本也大。
7、中国专利cn111485115a公开了一种通过调节电子束冷床炉真空度控制al元素挥发的方法，其是在现有常规的电子束冷床炉上增设伺服电机、变频器、控制器及真空度检测装置，在控制器上设定真空度允许范围、粗调步长值v、精调步长值v及时间t；采用电源变频器和真空度实时反馈来实现真空泵驱动电机转速的实时控制；该方法是通过对装置结构和工艺参数的选择来降低并控制挥发情况，主要是为了控制挥发率波动和力学性能波动，而不是为了协同提高合金产品的室温性能和高温性能。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中电子束熔化打印tial合金所存在的“带状组织”分层现象、铝元素挥发损失难以进行有效控制、热处理和机加工针对的对象为打印后的产品、调控产品中组织方式复杂、流程多、耗能多、成本高、效率低等技术问题；故而本专利技术实施例提供了能协同提高室温力学性能和高温力学性能（特别是）的抑制al元素损失的电子束选区熔化打印tial合金及制备方法。所述技术方案如下：
2、一种电子束选区熔化打印tial合金，所述抑制al元素损失的电子束选区熔化打印tial合金的高度为15-300mm，厚度为15-50mm，化学成分按原子百分比计为：al 40-50at%，nb 2-10at%，mo 0-0.9at%，cr 0-2.5at%，si 0-2at%，c 0-0.5at%，余量为ti和不可避免的夹杂；其中，al元素损失0.2-0.35at%。
3、可选地，所述电子束选区熔化打印tial合金在一个熔池深度的尺度上进行测量，al元素含量的差异不应大于0.5at.%。
4、可选地，所述电子束选区熔化打印tial合金中具有多相结构，不存在由于脱al导致的“带状组织”，室温下含有20-30%有序d019结构的ti3al相、体积分数≤10%具有有序b2结构的β相以及60-70%具有l10结构的γ相；显微组织中等轴γ晶粒5-10%的区域与片层含量90-95%的区域相比，等轴γ晶晶粒的数量不超过30%。
5、可选地，所述抑制al元素损失的电子束选区熔化打印tial合金在成形方向上与水平方向上的强度与塑性差异不大于10%，强度和塑性相比al损失1-3at%造成的异质分布分别提高了20-50%。
6、一种基于权利要求1所述的电子束选区熔化打印tial合金的al元素损失抑制方法，所述的电子束选区熔化打印tial合金的al元素损失抑制方法如下步骤：
7、s1、熔炼：按照所述电子束选区熔化打印tial合金的原子百分比进行称量、配料，加热熔融后精炼，浇铸得到铸锭；
8、s2、合金粉末制备：将s1铸锭通过旋转电极法或气雾化制粉，过筛，得到电子束选区熔化打印tial合金的所需合金粉末；
9、s3、铺粉：将s2所需合金粉末在电子束选区熔化设备中完成铺粉，铺粉厚度均匀；
10、s4、底板预热：对电子束选区熔化设备中的底板进行预热，预热电流采用两阶段法，样品底部加网格支撑，降低温度梯度，减轻al损失倾向；
11、s5、tial合金的打印：s4底板预热后，进行合金粉末的熔化打印，获得所需形状、尺寸和精度的tial合金。
12、可选地，s3中铺粉厚度采用接近粉末粒径中位数的一半最优，此时熔池深度与重熔加热效果的影响达到了均衡，对抑制al元素损失最有利，在生产中往往倾向于使用大层厚进行打印，此时需要对熔深与散焦值进行更精细的调控。
13、可选地，s2中过筛的目数为350目，s3中铺粉厚度为40-120μm。
14、可选地，s4中底板的预热温度为900-950℃，底板下方粉末烧结温度为850-900℃；两阶段法中，第一阶段法采用较小电流，从10ma至40ma分5-10遍使用自动插值法逐渐升高；第二阶段法采用大电流，从40ma至60ma分5-10遍使用自动插值法逐渐升高。
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【技术保护点】
1.一种电子束选区熔化打印TiAl合金，其特征在于，所述抑制Al元素损失的电子束选区熔化打印TiAl合金的高度为15-300mm，厚度为15-50mm，化学成分按原子百分比计为：Al40-50at%，Nb 2-10at%，Mo 0-0.9at%，Cr 0-2.5at%，Si 0-2at%，C 0-0.5at%，余量为Ti和不可避免的夹杂；其中，Al元素损失0.2-0.35at%。
2.根据权利要求1所述的电子束选区熔化打印TiAl合金，其特征在于，所述电子束选区熔化打印TiAl合金在一个熔池深度的尺度上进行测量，Al元素含量的差异不应大于0.5at.%。
3.根据权利要求1所述的电子束选区熔化打印TiAl合金，其特征在于，所述电子束选区熔化打印TiAl合金中具有多相结构，不存在由于脱Al导致的“带状组织”，室温下含有20-30%有序D019结构的Ti3Al相、体积分数≤10%具有有序B2结构的β相以及60-70%具有L10结构的γ相；显微组织中等轴γ晶粒5-10%的区域与片层含量90-95%的区域相比，等轴γ晶晶粒的数量不超过30%。
4.根据
5.一种基于权利要求1所述的电子束选区熔化打印TiAl合金的Al元素损失抑制方法，其特征在于，所述的电子束选区熔化打印TiAl合金的Al元素损失抑制方法如下步骤：
6.根据权利要求5所述的电子束选区熔化打印TiAl合金的Al元素损失抑制方法，其特征在于，S2中过筛的目数为350目，S3中铺粉厚度为40-120μm。
7.根据权利要求5所述的电子束选区熔化打印TiAl合金的Al元素损失抑制方法，其特征在于，S4中底板的预热温度为900-950℃，底板下方粉末烧结温度为850-900℃；两阶段法中，第一阶段法采用较小电流，从10mA至40mA分5-10遍使用自动插值法逐渐升高；第二阶段法采用大电流，从40mA至60mA分5-10遍使用自动插值法逐渐升高。
8.根据权利要求5所述的电子束选区熔化打印TiAl合金的Al元素损失抑制方法，其特征在于，S4中预热的电子束扫描线采用贯穿整个预热幅面的竖线，每扫一遍后旋转90°，预热扫描线的分线个数采用10-16个，扫描线间距采用0.2-1mm。
9.根据权利要求5所述的电子束选区熔化打印TiAl合金的Al元素损失抑制方法，其特征在于，S4中底板预热完成后的10ms内应开始输出熔化束流以进行合金粉末的熔化打印；S5的熔化打印过程包括以下步骤：
10.根据权利要求5所述的电子束选区熔化打印TiAl合金的Al元素损失抑制方法，其特征在于，S5中所需形状、尺寸和精度的TiAl合金的显微组织使用扫描电子显微镜的能谱分析，能谱面扫描图中的Al元素分布在每一层都均匀分布，在成形方向与水平方向上都没有明显的衬度差异；使用X射线衍射分析，不同参数下D019结构的Ti3Al相、B2结构的β相、L10结构的γ相的含量使用半高宽法测得的值差异不应大于5%。
...【技术特征摘要】
1.一种电子束选区熔化打印tial合金，其特征在于，所述抑制al元素损失的电子束选区熔化打印tial合金的高度为15-300mm，厚度为15-50mm，化学成分按原子百分比计为：al40-50at%，nb 2-10at%，mo 0-0.9at%，cr 0-2.5at%，si 0-2at%，c 0-0.5at%，余量为ti和不可避免的夹杂；其中，al元素损失0.2-0.35at%。
2.根据权利要求1所述的电子束选区熔化打印tial合金，其特征在于，所述电子束选区熔化打印tial合金在一个熔池深度的尺度上进行测量，al元素含量的差异不应大于0.5at.%。
3.根据权利要求1所述的电子束选区熔化打印tial合金，其特征在于，所述电子束选区熔化打印tial合金中具有多相结构，不存在由于脱al导致的“带状组织”，室温下含有20-30%有序d019结构的ti3al相、体积分数≤10%具有有序b2结构的β相以及60-70%具有l10结构的γ相；显微组织中等轴γ晶粒5-10%的区域与片层含量90-95%的区域相比，等轴γ晶晶粒的数量不超过30%。
4.根据权利要求1所述的电子束选区熔化打印tial合金，其特征在于，所述抑制al元素损失的电子束选区熔化打印tial合金在成形方向上与水平方向上的强度与塑性差异不大于10%，强度和塑性相比al损失1-3at%造成的异质分布分别提高了20-50%。
5.一种基于权利要求1所述的电子束选区熔化打印tial合金的al元素损失抑制方法，其特征在于，所述的电子束选区熔化打印tial合金的al元素损失抑制方法如...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁永锋，刘金虎，卢东，林均品，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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