一种钛合金激光3d打印改进方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钛合金激光3D打印改进方法。
【背景技术】
[0002]钛及钛合金具有轻质、高强、耐腐蚀、无磁等诸多突出优点，在航空、航天、航海、汽车、化工、生物医学等领域具有广泛的应用。然而，钛及钛合金与其它常用金属相比，也具有价格高、难加工等不足；特别形状复杂构件，采用去材机械加工方式不仅加工困难，而且原料浪费严重。采用铸造方法制备不仅成品率低而且铸造缺陷多且性能不高。采用锻造方法制备，只能制备形状简单以及变形量不大的构件。
[0003]激光增材制造，即激光3D打印技术，是通过激光熔覆的方式，实现层层堆积，并借助数字化控制堆积路径，从而直接一步制造出复杂构件的技术。与传统去材制造、锻压、铸造等技术相比，具有以下优势:(1)原料利用率高；(2)省去模具成本；(3)设计制备周期短；(4)无需或仅需要少量后续加工；(5)可制备传统技术无法实现的复杂构件。因此，激光3D打印技术在世界范围内迅速发展，受到政府、国防、企业、研宄院所的高度重视。
[0004]然而，采用激光3D打印制备钛合金及构件时因为每层都会发生多次熔化，且冷却速度极快，所以金相组织粗大、不均匀、且呈针状，综合性能不高；虽然通过后续中低温退火热处理可以一定程度上改善其力学性能，但由于热处理过程中容易形成粗大组织，从而降低力学性能。另外，由于激光3D打印钛金属产品的后续热处理工艺窗口较窄，其力学性能改善有限，所以存在以下不足:(I)强度水平与耐热温度不高；(2)金相组织粗大且不均匀；
(3)后续热处理改性过程中金相组织长大；(4)后续热处理工艺参数可选范围较窄，力学性能改善有限；(5)由于金相组织为粗大的针状组织，合金及构件的塑性水平低。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决目前采用激光3D打印制备的钛合金及构件存在强度水平与耐热温度低；金相组织粗大且不均匀；后续热处理改性过程中金相组织长大；后续热处理工艺参数可选范围较窄，力学性能改善有限；合金及构件的塑性水平低等问题；而提供的一种钛合金激光3D打印改进方法。
[0006]本发明钛合金激光3D打印改进方法按以下步骤进行:
[0007]一、将钛或钛合金粉末与改良原料粉末球磨混粉均匀；
[0008]二、激光3D打印，激光功率为250?1000W，扫描速度为0.1?1.0m/min，真空或保护气氛下打印；即可实现钛合金激光3D打印的改进；
[0009]其中，改良原料为改良原料为B、TiB2, B4C, C和/或SiC。
[0010]本发明根据设计中改良原料与钛或钛合金反应生成的改良相所占体积比换算出改良原料粉末与钛或钛合金粉末的质量比，然后称取钛或钛合金粉末与改良原料粉末进行球磨混粉。
[0011]本发明选用的改良原料均容易与Ti发生原位自生反应生成改良相，在Ti熔化之前已经完全反应并在之后融入熔融态钛合金中，实现与钛合金基体完全冶金结合，具有较好的润湿性和钉扎作用，避免了因钛合金熔化而导致不润湿的加入相颗粒形成团聚状或者层状团聚分布。
[0012]由于改良相的引入解决了制备过程中钛合金晶粒粗大且不均匀的问题，而且能够抑制后续热处理过程中金相组织继续粗大；因此，TA系列钛合金、TB系列钛合金和TC系列钛合金都可以作为本发明基体钛合金使用，从而拓宽了激光3D打印钛金属构件的应用范围。
[0013]本发明改良相能够提高激光3D打印钛金属产品的强度及其它力学性能，使用温度也得到进一步提高。
[0014]本发明中改良相与Ti反应放热，且在钛合金熔化之前即开始发生，所以比传统钛合金激光3D打印功率低，扫描速度快，在一定程度上降低了成本，增加了效率。
【附图说明】
[0015]图1是实施例1制备的钛金属材料经1000°C高温退火Ih后的组织扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0016]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0017]【具体实施方式】一:本实施方式钛合金激光3D打印改进方法按以下步骤进行:
[0018]一、将钛或钛合金粉末与改良原料粉末球磨混粉均匀；
[0019]二、激光3D打印，激光功率为250?1000W，扫描速度为0.1?1.0m/min，真空或保护气氛下打印；即可实现钛合金激光3D打印的改进；
[0020]其中，改良原料为改良原料为B、TiB2, B4C, C和/或SiC。
[0021]根据设计中改良原料与钛或钛合金反应生成的改良相所占体积比换算出改良原料粉末与钛或钛合金粉末的质量比，然后称取钛或钛合金粉末与改良原料粉末进行球磨混粉。
[0022]本实施方式制备出的激光3D打印钛金属产品中金相组织细小；而且可以大幅拓宽后续热处理窗口，使高温退火形成平衡组织得以实现，能够进行长时间固溶处理或退火处理，从而获得均匀金相组织，大幅改善了其力学性能。
[0023]改良相所占体积比越高，制备出的钛金属材料的金相组织越均匀、钛合金与改良相尺寸越细小，热处理工艺窗口越宽，室温与高温抗拉强度越高，但塑性降低。若采用纯钛作为基体，其室温塑性较好；若采用TC系列钛合金作为基体，其综合性能优异；使用TB系列钛合金作为基体，室温强度高；使用耐热钛合金作为基体，其高温强度高。
[0024]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一的不同点是:步骤一中球磨后钛或钛合金粉末的粒径为30?100 μm、改良原料粉末的粒径为0.5?8 μm。其它步骤及参数与实施方式一相同。
[0025]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二的不同点是:步骤一中钛合金为TA系列钛合金、TB系列钛合金和TC系列钛合金。其它步骤及参数与实施方式一或二相同。
[0026]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一的不同点是:步骤二中采用送粉式或铺粉式激光3D打印设备。其它步骤及参数与实施方式一至三之一相同。
[0027]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一的不同点是:步骤二中保护气氛为高纯氩气。其它步骤及参数与实施方式一至四之一相同。
[0028]实施例1
[0029]钛合金激光3D打印改进方法按以下步骤进行:
[0030]一、将TC4钛合金粉末与B粉末球磨混粉均匀；
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