【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属增材制造，更具体地，涉及一种基于电子束3d打印制备tial单晶材料的方法。
技术介绍
1、tial金属间化合物在700-850℃范围内具有优异的高温蠕变和抗氧化性，且高弹性模量和低密度的特点被认为是镍基高温合金的理想替代者，是超高声速飞行器和先进航空发动机的首选材料，已经逐步应用于航空航天、汽车工业等领域，是轻量化高温合金材料的研究热点。但tial合金室温塑性差，传统方法如铸造、挤压、锻造和粉末冶金等方法制造力学性能优异、形状结构复杂的tial合金零件较为困难，且生产成本较高。随着c919等国产大飞机的逐步量产，国产长江系列商用航空发动机对tial合金低压涡轮叶片提出了迫切需求，急需在tial合金零件3d打印研制方面跟踪、创新、突破。
2、而tial单晶材料的室温延伸率≥5％，大大提升了tial材料/零件的力学性能，满足发动机关键零件的技术要求。国内外tial合金单晶制备方法主要包括籽晶法和非籽晶法，两种方法均采用铸造的方法。籽晶法由于制备工艺比较复杂，籽晶研制难度大，且大尺寸籽晶制备难度极大，只有凝固初生相有α的合金才可以用籽晶法制备单晶，因此，会有明显的不足。非籽晶法存在坩埚材料对合金的污染，以及存在模壳的制备难、成品率低等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于电子束3d打印制备tial单晶材料的方法，通过采用电子束选区熔化技术可实现加工仓内1000℃以上的高温预热处理，熔化烧结一层后进行实时退火，可
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于电子束3d打印制备tial单晶材料的方法，包括以下步骤：
4、s1、按照成分配比称取ti、al、nb纯金属原料；
5、s2、将称取好的原料在真空度＜10-3pa条件下进行熔炼，并熔模浇铸成tial合金棒材b1；
6、s3、将tial合金棒材b1经机械加工，得到尺寸为70mm×285mm、表面粗糙度＜0.8μm的tial合金棒材b2；
7、s4、将所述tial合金棒材b2载入等离子旋转电极设备中，在真空状态下进行制粉，得到球形tial合金粉末f1；
8、s5、将所述球形tial合金粉末f1载入雾化酸洗设备中进行酸洗，并依次经清洗、干燥、筛分，得到球形tial合金粉末f2；
9、s6、对tial合金目标零件模型m1进行增材设计，并对得到的3d打印模型y1进行切片处理，获得存储有切片打印路径的三维模型；
10、s7、将所述存储有切片打印路径的三维模型导入电子束3d打印设备，并装入将tial合金粉末f2后，设置打印工艺参数并利用所述tial合金粉末f2进行电子束3d打印，获得tial合金打印件z1；
11、s8、将所述tial合金打印件z1装入电子束粉末回收设备中，并装入所述tial合金粉末f2后，对所述tial合金打印件z1进行喷吹，得到tial合金打印件z2；
12、s9、将所述tial合金打印件z2置入热等静压炉中进行处理，得到热等静压处理件z3；
13、s10、将所述热等静压处理件z3进行机加工处理，得到表面粗糙度＜1.6μm的tial合金零件z4。
14、可选的，所述s1中，ti、al、nb的原子数百分含量配比为(38～58)：(40～50)：(2～12)。
15、可选的，所述ti、al、nb纯金属原料的纯度均为99.999％。
16、可选的，所述s2中，熔炼的次数为1次～5次；所述tial合金棒材b1的尺寸为71mm×290mm。
17、可选的，所述s4中，电极转速为16000r/min～25000r/min，等离子弧电流为1500a～2600a，经过筛分获得粒度分布为50μm～175μm的球形tial合金粉末f1。
18、可选的，所述s5中，球形tial合金粉末f2的粒度分布为45μm～155μm。
19、可选的，所述s6中，增材设计包括：对tial合金目标零件模型m1进行加工余量设计，得到3d打印毛坯零件模型m2；将所述形成3d打印毛坯零件模型m2的底部居中位置设计出选晶器模型x1，组合形成所述3d打印模型y1。
20、可选的，所述s6中，分层处理的切片层厚为0.03mm～0.3mm。
21、可选的，所述s7中，所述电子束3d打印的打印工艺参数具体包括：抽真空至≤0.3pa，预热温度为1000℃～1350℃，保温时间为30min～60min；电子束电流为25ma～45ma，扫描速度为5m/s～15m/s，直至打印完成，真空随炉自然冷却至室温。
22、可选的，所述s9中，热等静压炉的工作参数为：加压介质为氩气，压力100mpa～150mpa，温度为1200℃～1350℃，保温时间为1h～5h后，卸载压力调至(1.0～1.02)×105pa，调整温度为1250℃～1380℃，保温时间为1h～10h，随炉冷却至室温，取出热等静压处理件z3。
23、可选的，所述s10中，所述机加工处理的参数为：切削速度为500r/min～1500r/min，进给量为300mm/min～1000mm/min，切宽为4mm～10mm。
24、实施本专利技术实施例，将具有如下有益效果：
25、(1)本专利技术的制备方法实现了tial单晶材料/零件全流程可控，从材料熔炼、粉末制备、零件模型设计、3d打印加工、热处理、机加工的全流程加工方案制定和参数设计，实现了具有复杂结构、较大尺寸的tial单晶材料/零件的制备，且具有高尺寸精度、高表面粗糙度和优异的力学性能，该方法非常适用于tial单晶复杂结构/零件的高性能、高效率制造，在航空航天领域高温、高性能结构件方面具有广阔前景。
26、(2)本专利技术通过采用高洁净度的tial粉末，在电子束选区3d打印设备中采用选晶器结构实施tial合金材料/零件打印，制备出的tial合金材料经过对表面1mm材料的铣削去除，实现tial合金件的性能提升，可大大提高新型号新产品研发进度、缩短研制和生产周期、降低生产成本，为替代原镍基高温合金叶片等零件提供了可能性，具有较好的推广应用可行性及应用前景。
27、(3)本专利技术通过采用增材制造技术可以快速高效的实现tial合金零件的制备，tial单晶材料的抗拉强度和延伸率均获得40％以上的提升，可实现复杂结构、大尺寸零件、高效率、高组织均匀性、高洁净度和高成品率制造，具有材料利用率高、加工效率高、加工复杂程度高的零件等特点。
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1.一种基于电子束3D打印制备TiAl单晶材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于电子束3D打印制备TiAl单晶材料的方法，其特征在于，所述S1中，Ti、Al、Nb的原子数百分含量配比为(38～58)：(40～50)：(2～12)；
3.根据权利要求1所述的基于电子束3D打印制备TiAl单晶材料的方法，其特征在于，所述S2中，熔炼的次数为1次～5次；所述TiAl合金棒材B1的尺寸为71mm×290mm。
4.根据权利要求1所述的基于电子束3D打印制备TiAl单晶材料的方法，其特征在于，所述S4中，电极转速为16000r/min～25000r/min，等离子弧电流为1500A～2600A，经过筛分获得粒度分布为50μm～175μm的球形TiAl合金粉末F1。
5.根据权利要求1所述的基于电子束3D打印制备TiAl单晶材料的方法，其特征在于，所述S5中，球形TiAl合金粉末F2的粒度分布为45μm～155μm。
6.根据权利要求1所述的基于电子束3D打印制备TiAl单晶材料的方法，其特征在于，所述
7.根据权利要求1所述的基于电子束3D打印制备TiAl单晶材料的方法，其特征在于，所述S6中，分层处理的切片层厚为0.03mm～0.3mm。
8.根据权利要求1所述的基于电子束3D打印制备TiAl单晶材料的方法，其特征在于，所述S7中，所述电子束3D打印的打印工艺参数具体包括：抽真空至≤0.3Pa，预热温度为1000℃～1350℃，保温时间为30min～60min；电子束电流为25mA～45mA，扫描速度为5m/s～15m/s，直至打印完成，真空随炉自然冷却至室温。
9.根据权利要求1所述的基于电子束3D打印制备TiAl单晶材料的方法，其特征在于，所述S9中，热等静压炉的工作参数为：加压介质为氩气，压力为100MPa～150MPa，温度为1200℃～1350℃，保温时间为1h～5h后，卸载压力调至(1.0～1.02)×105Pa，调整温度为1250℃～1380℃，保温1h～10h后，随炉冷却至室温，取出热等静压处理件Z3。
10.根据权利要求1所述的基于电子束3D打印制备TiAl单晶材料的方法，其特征在于，所述S10中，所述机加工处理的参数为：切削速度为500r/min～1500r/min，进给量为300mm/min～1000mm/min，切宽为4mm～10mm。
...【技术特征摘要】
1.一种基于电子束3d打印制备tial单晶材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于电子束3d打印制备tial单晶材料的方法，其特征在于，所述s1中，ti、al、nb的原子数百分含量配比为(38～58)：(40～50)：(2～12)；
3.根据权利要求1所述的基于电子束3d打印制备tial单晶材料的方法，其特征在于，所述s2中，熔炼的次数为1次～5次；所述tial合金棒材b1的尺寸为71mm×290mm。
4.根据权利要求1所述的基于电子束3d打印制备tial单晶材料的方法，其特征在于，所述s4中，电极转速为16000r/min～25000r/min，等离子弧电流为1500a～2600a，经过筛分获得粒度分布为50μm～175μm的球形tial合金粉末f1。
5.根据权利要求1所述的基于电子束3d打印制备tial单晶材料的方法，其特征在于，所述s5中，球形tial合金粉末f2的粒度分布为45μm～155μm。
6.根据权利要求1所述的基于电子束3d打印制备tial单晶材料的方法，其特征在于，所述s6中，增材设计包括：
7.根据权利要求1所述的基于电子束3d打印制...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢东，陈琛，
申请(专利权)人：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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