一种激光增材制造Z字型选晶制备钛合金单晶的方法

本申请涉及激光增材制造，尤其是涉及一种激光增材制造z字型选晶制备钛合金单晶的方法。

背景技术：

1、相比于传统的不锈钢、镁合金、铝合金等，钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好等优点，在航空航天和汽车制造等领域都有广泛的应用。钛合金单晶由于其合金内不存在晶界，可以获得良好的高温性能，这种优良的高温性能对于促进航空发动机等领域的发展具有重要意义。

2、制备钛合金单晶常常选用的是定向凝固法，如籽晶法、选晶器法等，但钛合金在高温下化学性质十分活泼，会和陶瓷模具发生化学反应，反应产物会污染原材料，甚至凝固后会产生裂纹。

技术实现思路

1、鉴于背景技术中存在的问题，本申请提供一种激光增材制造z字型选晶制备钛合金单晶的方法，无需模具即可直接成型钛合金单晶，制备出的钛合金单晶具有较好的高温性能，可以提升钛合金单晶的品质。

2、根据本发明的一个方面，提供一种激光增材制造z字型选晶制备钛合金单晶的方法，包括：准备钛合金基板和钛合金粉末；以激光束在所述钛合金基板上逐层沉积钛合金粉末形成引晶部；以激光束在所述引晶部上逐层沉积钛合金粉末形成选晶部，所述选晶部由下至上依次包括第一选晶段和第二选晶段，所述第一选晶段的取向偏离所述引晶部的轴线5°-15°，所述第二选晶段的取向重新偏回所述引晶部的轴线5°-15°；以激光束在所述第二选晶段上逐层沉积钛合金粉末形成单晶棒材。

3、在本发明的一些实施方式中，所述钛合金粉末的粒径范围为60-200目。

4、在本发明的一些实施方式中，所述激光束光斑直径为3-10mm。

5、在本发明的一些实施方式中，所述钛合金粉末由送粉器输送，所述送粉器的送粉速率为500-2500g/h。

6、在本发明的一些实施方式中，所述激光束由激光器发出，所述激光器向上提拉速率为15-30mm/min。

7、在本发明的一些实施方式中，所述钛合金粉末为tc4或者tc11钛合金球形粉末。

8、在本发明的一些实施方式中，在沉积钛合金粉末前，将钛合金粉末经过真空烘箱200-300℃干燥2h。

9、在本发明的一些实施方式中，沉积过程使用高纯度惰性气体保证惰性气体环境。

10、在本发明的一些实施方式中，惰性气体纯度为99.99％-99.999％，增材制造环境氧气含量低于200ppm。

11、在本发明的一些实施方式中，沉积后等待单晶棒材冷却至100℃以下取出，放到热处理炉中进行500-600℃去应力退火处理3-5h。

12、与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

13、1.本发明能够原位选晶制备钛合金单晶，无需额外的模具；相较于传统的单晶制造工艺需要严格的温度控制和大型的设备，成本较高，且不适合大型单晶结构件的制备，本发明通过对沉积路径的调控，即可实现钛合金单晶的制备。

14、2.本发明无需使用钛合金单晶基板即可实现钛合金单晶的制备。

15、3.本发明可以实现不同尺寸的钛合金单晶制备，相比于传统单晶制备工艺，可调节度较高，可用于制备航空航天、航空发动机等领域精密装备高温服役环境关键结构件。

技术特征：

1.一种激光增材制造z字型选晶制备钛合金单晶的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的激光增材制造z字型选晶制备钛合金单晶的方法，其特征在于，所述钛合金粉末的粒径范围为60-200目。

3.根据权利要求1所述的激光增材制造z字型选晶制备钛合金单晶的方法，其特征在于，所述激光束光斑直径为3-10mm。

4.根据权利要求1所述的激光增材制造z字型选晶制备钛合金单晶的方法，其特征在于，所述钛合金粉末由送粉器输送，所述送粉器的送粉速率为500-2500g/h。

5.根据权利要求1所述的激光增材制造z字型选晶制备钛合金单晶的方法，其特征在于，所述激光束由激光器发出，所述激光器向上提拉速率为15-30mm/min。

6.根据权利要求1-5任一所述的激光增材制造z字型选晶制备钛合金单晶的方法，其特征在于，所述钛合金粉末为tc4或者tc11钛合金球形粉末。

7.根据权利要求1-5任一所述的激光增材制造z字型选晶制备钛合金单晶的方法，其特征在于，在沉积钛合金粉末前，将钛合金粉末经过真空烘箱200-300℃干燥2h。

8.根据权利要求1-5任一所述的激光增材制造z字型选晶制备钛合金单晶的方法，其特征在于，沉积过程使用高纯度惰性气体保证惰性气体环境。

9.根据权利要求8所述的激光增材制造z字型选晶制备钛合金单晶的方法，其特征在于，惰性气体纯度为99.99％-99.999％，增材制造环境氧气含量低于200ppm。

10.根据权利要求1-5任一所述的激光增材制造z字型选晶制备钛合金单晶的方法，其特征在于，沉积后等待单晶棒材冷却至100℃以下取出，放到热处理炉中进行500-600℃去应力退火处理3-5h。

技术总结
本申请涉及激光增材制造技术领域的一种激光增材制造Z字型选晶制备钛合金单晶的方法，包括：准备钛合金基板和钛合金粉末；以激光束在所述钛合金基板上逐层沉积钛合金粉末形成引晶部；以激光束在所述引晶部上逐层沉积钛合金粉末形成选晶部，所述选晶部由下至上依次包括第一选晶段和第二选晶段，所述第一选晶段的取向偏离所述引晶部的轴线5°‑15°，所述第二选晶段的取向重新偏回所述引晶部的轴线5°‑15°；以激光束在所述第二选晶段上逐层沉积钛合金粉末形成单晶棒材。本申请的激光增材制造Z字型选晶制备钛合金单晶的方法无需模具即可直接成型钛合金单晶，所制备的钛合金单晶具有较好的高温性能，提升了钛合金单晶的品质。

技术研发人员：朱言言,崔卓丹,霍海鑫,王玉岱,程序,汤海波
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15