[发明专利]一种TiAl合金零件的快速成形方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种TiAl合金零件的快速成形方法。

背景技术

TiAl作为一种新型的轻质高温合金，比强度与钛合金相当，具有高的比刚度及导热系数，密度低于钛合金和镍基高温合金，被公认为新型航空航天发动机的静止件、转动件的首选材料，主要应用于高压压气机导向叶片、压缩机壳体、活塞盖、涡轮增压器转子、排气阀座等零件。但是，TiAl合金室温脆性大，加工性能差，大大限制了TiAl合金在航空航天领域的应用。

目前，TiAl合金零件的成形方法主要有传统粉末冶金、铸锭冶金法、物理气相沉积法、流延法等，这些方法主要存在以下缺点：

1)这些方法属于热加工方法，产品易开裂，需要结合其他后期处理来成形零件，后期处理工序复杂，生产时间周期较长，制备成本高，不适合批量生产；

2)组织内部存在较严重的疏松、缩孔和成分偏析问题；

3)依赖模具成形，制备成品结构单一，难以实现复杂零件的成形。

以上缺点使得现有制备方法不适用于批量及复杂形状TiAl合金零件的生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种TiAl合金零件的快速成形方法，解决了现有制备方法不适用于批量及复杂形状TiAl合金零件生产的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种TiAl合金零件的快速成形方法，包括以下步骤：

将TiAl合金粉末和添加元素粉末，得到固体混合粉末，通过球磨机对所述固体混合粉末进行解离、球磨，球磨的同时加入分散剂；将球磨后的固体混合粉末加入到光固化单体溶剂中，再加入分散剂、光引发剂、消泡剂，混合均匀得到浆料；

将制备好的所述浆料装入光固化设备，利用紫外线光束，根据零件的三维模型逐层、逐点进行固化打印，得到固化成形的TiAl合金坯体；

通过烧结炉对所述固化成形的TiAl合金坯体进行脱脂和热等静压，得到TiAl合金零件。

本发明的特点还在于：

优选地，上述添加元素粉末为Nb、W、Mo、Y、Si中任一种，添加元素粉末的含量为固体粉末总质量的5％～10％。添加此类β相稳定元素可以降低相转变温度，有效地改善TiAl合金内部组织。

优选地，光固化单体溶剂为环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚丙烯酸酯、缩水甘油基类、缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、脂环族环氧、聚氨酯类环氧、不饱和双键氧化类环氧、芳香族环氧中任一种或其中至少两种的混合物，光固化单体溶剂的质量与固体粉末的质量比为1:1～9:1。这类光固化单体固化交联密度较高，体积收缩率小、层与层间附着力强，有助于提高合金性能，且固化速度快，能够减少达到完全固化所需的时间。

优选地，光引发剂为重氮盐、芳茂铁盐、碘鎓盐、硫鎓盐、安息香类、苯乙酮类或苯乙酮缩酮类，光引发剂的质量为光固化单体质量的0.4％～2％。上述光引发剂的固化效率高。

优选地，分散剂为聚丙酸钠、聚丙烯、聚苯乙烯、四元醋酸铵、己烯基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯中的任一种，两次添加的分散剂的总质量占固体混合粉末总质量的0.5％～5％，球磨过程中加入分散剂总质量的0.3％～2％，浆料混合过程中加入分散剂总质量0.2％～3％。

优选地，消泡剂为乙醇、聚丙烯酸酯、聚二甲基硅油、改性聚硅氧烷、金属皂或磷酸三丁酯，消泡剂的质量为浆料质量的0.4％～0.9％，可以有效降低气泡周围的张力，促使气泡聚集成大的气泡，最终气泡破裂消失。

进一步地，第二次加入所述分散剂、光引发剂、消泡剂时，还加入稀释剂，稀释剂为甲乙酮、环己酮、甲苯、正丁醇或苯乙烯，稀释剂的质量为浆料质量的0.5％～1％。加入稀释剂可降低浆料粘度，加快固化速度。

优选地，固体粉末加入到光固化单体溶剂中混合时，对固体粉末及光固化单体溶剂进行预热，预热温度在40℃～70℃之间，提高固体粉末在浆料中的溶解度，有助于增加固体粉末的含量，改善成形零件的质量。

优选地，通过烧结炉对固化成形的TiAl合金坯体进行脱脂时的脱脂温度为200℃～450℃，保温时间为2h～4h。该温度和时间可以保证树脂可以脱除，保温时间可以充分的进行脱脂。

优选地，热等静压为在1000℃～1300℃，压强40MPa～170MPa条件下保温1h～3h，该参数能使合金零件致密性更好。