【技术实现步骤摘要】
本申请涉及金属粉末，更具体地说，它涉及一种增材制造用耐高温钛合金粉体材料及其制备方法。
技术介绍
1、增材制造技术，即3d打印技术，它通过计算机建模软件设计出产品模型，然后通过逐层堆积材料的方式构建出实体零件。这一技术不仅极大地拓宽了设计的自由度，还显著提高了制造的效率和精度。其中，选区激光熔化技术（slm）是金属增材制造技术的一种，更是凭借其独特的技术优势，在金属零件制造领域展现出巨大的潜力。
2、slm技术通过高能激光束精确控制金属粉末的逐层熔融与凝固，实现了冶金结合，从而能够直接制造出尺寸精度高、表面质量好的复杂结构金属零件。这种技术不仅突破了传统制造方法在形状复杂度、材料利用率和加工成本等方面的限制，还以其高效、环保的特点，赢得了众多关注和认可，当前已在航空航天、医疗、汽车等多个领域展现出巨大的潜力。
3、钛合金作为一种高性能材料，因其出色的强度重量比、优异的耐腐蚀性和高温性能，在航空航天、船舶制造和医疗植入物等领域发挥着不可替代的作用。然而，当前适用于增材制造的钛合金牌号相对有限，这在一定程度上限制了钛合金在高端应用领域的发展。
4、尽管tc4、ta15等钛合金牌号在性能上表现出色，但在面对更高强度、更高温度或特定功能的需求时，它们的性能往往难以满足。因此，开发适用于增材制造的新型钛合金牌号，成为当前材料科学领域的一个重要研究方向。
5、公开号为cn107470610a的专利申请文件公开了一种用于3d打印的钛合金粉体材料，由如下重量份的原料组成：钛粉150～180份，钴粉
6、将该专利申请文件中制得的钛合金粉体用3d打印机打印成的坯料抗拉强度较低。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本申请提供一种增材制造用耐高温钛合金粉体材料及其制备方法。
2、第一方面，本申请提供一种增材制造用耐高温钛合金粉体材料的制备方法，采用如下的技术方案：
3、一种增材制造用耐高温钛合金粉体材料的制备方法，包括如下步骤：
4、s1：原料制备：以质量百分数计，包括如下组分：al：4%~8%、sn：2%~5%、zr：0%~5%、mo：0.1%~1%、si：0.1%~1%、nb：0.1%~1%、ta：0.2%~1%、v：0.01%~1%、cr：0.01%~1%、w：0.2%~1%、c：0.01%~0.1%、fe：0.01%~0.1%、ni<0.1%、o<0.1%，其余为ti，以上组分质量百分比之和为100%；所述al为铝粉，所述铝粉为羟基化铝粉；
5、在惰性气氛下，按照配比将各组分混合均匀后，熔炼加工成钛合金料；
6、s2：雾化制粉：在惰性气氛下，将钛合金料送入熔炼室，调节熔炼功率，直至钛合金料形成稳定且持续的液流，采用惰性气体作为雾化介质进行雾化制粉，得到预制粉末；
7、s3：筛分：在惰性气氛下，将预制粉末送入分级设备进行分级处理后，得到增材制造用耐高温钛合金粉体材料。
8、优选的，步骤s2中，将熔炼室和雾化室抽真空，并通入惰性气体，将钛合金料送入熔炼室，控制其旋转速度为8-10r/min；调节熔炼功率为40~45kw，钛合金料开始滴液时，调节熔炼功率为50~55kw，直至钛合金料形成稳定且持续的液流，采用惰性气体作为雾化介质进行雾化制粉，雾化压力控制在4.0~5.0mpa，得到预制粉末。
9、优选的，所述雾化介质的流速为1~3倍的音速，所述音速为340m/s。
10、优选的，所述熔炼室的加热温度为1600~1700℃。
11、优选的，步骤s2中，将钛合金料送入熔炼室前，采用惰性气体对所述熔炼室进行置换处理，置换次数为2~3次。
12、优选的，步骤s1中，在惰性气氛下，按照配比将各组分混合均匀后，熔炼加工成直径为60~70mm，一端为锥形，另一端为螺纹的钛合金棒料。
13、优选的，步骤s2中，熔炼室和雾化室抽真空时，真空度为10-4~10-6pa。
14、优选的，步骤s1中，原料制备：以质量百分数计，还包括0.1%~0.8%的形核剂，所述形核剂为二硼化锆、二硼化钛、碳化钛中任意一种。
15、本申请的有益效果，通过添加相对较多的羟基化铝粉、sn等元素，且相对较少量的铁元素和碳元素与形核剂复配使用，使合金在后续处理过程中能够形成大量稳定且细小的α相结构。这些α相结构在高温环境下能够维持较高的强度，有效抵抗高温变形和破坏。而复配少量的mo、nb、ta、v、cr、w等元素，这些元素通过固溶强化和弥散强化的综合作用，不仅提升了钛合金的强度，还使得β相在合金中的占比得到有效控制。通过固溶时效处理，β相的含量被优化至一个合理的范围，间接促进了α相的强化和规则分布。羟基化铝粉和sn稳定的α相结构为合金提供了良好的韧性基础。同时，zr元素的加入能够细化合金的晶粒结构，通过晶界强化作用进一步提高了合金的韧性。当合金受到外力冲击时，细小的晶粒和稳定的α相结构能够有效地阻止裂纹的扩展，从而提高合金的断裂韧性。而少量si、c的加入有助于形成硅化物、碳化物，这些化合物以细小颗粒的形式弥散分布在基体中，不仅作为异质形核的核心，优化α相的形核位置，还可能通过弥散强化作用进一步提高合金的强度和硬度。
16、在惰性气氛下进行各组分的混合，能够有效防止原料中的活性元素与空气中的这些杂质气体接触，避免在原料制备阶段就形成有害的夹杂物或化合物，从而保证原料的纯净度，为后续制备出高质量的耐高温钛合金粉体材料奠定基础。
17、在钛合金料送入熔炼室前，采用惰性气体对熔炼室进行置换处理，能够有效隔绝氧气等有害气体，从而确保钛合金料的化学成分和原始性能，保证后续形成的液流以及制得的预制粉末的纯度。在钛合金料形成稳定液流后，一边熔化一边雾化可以确保钛合金粉末的成分更加均匀。稳定的液流在持续供应的情况下被雾化，能够让雾化过程更加稳定，这有助于控制粉末的粒径、粒径分布和球形度，在后续的增材制造过程中，可以使成型样件的性能更加均匀、稳定。
18、优选的，所述羟基化铝粉的制备方法为：对化学气相沉积设备的反应室进行抽真空，真空度为10-4~10-5pa，并通入惰性气体，然后将铝粉置于化学气相沉积设备的反应室中，调节反应室温度为400~500℃，按照流量比1:3~5通入三甲基铝和水蒸气，反应时间为2.5~4.5h，在惰性气氛下，降温、干燥，得到羟基化铝粉，所述铝粉、三甲基铝和水蒸气的质量之比为100:6~10:1~3。
19、有益效果：首先，通过化学气相沉积法，在精确控制的反应条件下，能够使铝粉表面获得相对均匀的羟基化，在后续与其他材料（如钛粉等）混合用于钛合金料制备时，均匀的羟基可以提供一致的反应活性位点，在熔炼等制备工艺中，不同材料的原子能够借助这些活性位点更好地相互扩散、融合，进而形成均匀且稳定的界面结合。这种良好本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种增材制造用耐高温钛合金粉体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将钛合金料送入熔炼室前，采用惰性气体对所述熔炼室进行置换处理，置换次数为2~3次。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述雾化介质的流速为1~3倍的音速，所述音速为340m/s。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Sn为锡粉，所述锡粉为改性锡粉，所述改性锡粉的制备方法为：对化学气相沉积设备的反应室进行抽真空，真空度为10-4~10-5Pa，并通入惰性气体，然后将锡粉置于化学气相沉积设备的反应室中，调节反应室温度为400~500℃，按照流量比1:3~5通入三甲基铝和水蒸气，反应时间为2~4h，在惰性气氛下，降温、干燥，得到改性锡粉，所述锡粉、三甲基铝和水蒸气的质量之比为100:2~4:1~3。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述C为石墨粉，所述石墨粉为改性石墨粉，所述改性石墨粉的制备方法，包括如下步骤：将质量分数为30%~50%、pH为3~4的过氧化氢水溶液
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，还包括将制得的钛合金料进行预处理，所述预处理包括如下步骤：在惰性气氛下，将钛合金料浸没于丙酮中，10~30min，洗涤，然后浸没于质量分数为3%~6%的氢氧化钠溶液中，10~30min，洗涤，干燥，得到预处理钛合金料。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，在惰性气氛下，将预制粉末送入分级设备进行分级处理后，然后在400~600℃，真空度10-4~10-5Pa下，进行真空脱气2~4h，得到增材制造用耐高温钛合金粉体材料。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Si为硅粉，所述硅粉使用前经过以下预处理步骤：
9.一种如权利要求1~8任一项所述制备方法制得的增材制造用耐高温钛合金粉体材料。
...【技术特征摘要】
1.一种增材制造用耐高温钛合金粉体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，将钛合金料送入熔炼室前，采用惰性气体对所述熔炼室进行置换处理，置换次数为2~3次。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述雾化介质的流速为1~3倍的音速，所述音速为340m/s。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述sn为锡粉，所述锡粉为改性锡粉，所述改性锡粉的制备方法为：对化学气相沉积设备的反应室进行抽真空，真空度为10-4~10-5pa，并通入惰性气体，然后将锡粉置于化学气相沉积设备的反应室中，调节反应室温度为400~500℃，按照流量比1:3~5通入三甲基铝和水蒸气，反应时间为2~4h，在惰性气氛下，降温、干燥，得到改性锡粉，所述锡粉、三甲基铝和水蒸气的质量之比为100:2~4:1~3。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述c为石墨粉，所述石墨粉为改性石墨粉，所述改性石墨粉的制备方...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭文强，李昱彤，周祥龙，刘爽，高伟，
申请(专利权)人：江苏威拉里新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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