[发明专利]一种激光选区熔化制备TiAl/TC4微叠层复合材料的方法

说明书

本发明提供一种激光选区熔化制备TiAl/TC4微叠层复合材料的方法，属于先进制造技术领域，包括：预处理成形粉末；切片处理结构零件模型，规划出扫描路径与参数；预热基板；激光选区熔化设备交替铺置成形粉末、激光逐层扫描形成成形件。有益效果为：通过激光选区熔化设备逐层交替堆积制备微叠层材料。同时利用基板预热，激光原位预烧结降低温度梯度，改善残余内应力，有效的抑制了裂纹的产生，得到了全致密、综合性能较好的TiAl/TC4微叠层试样；可根据性能需求设置不同的层数比，以此实现不同性能需求成形件的制备，降低了成形件的强度、塑性及密度对制备方法的限制，同时也扩展了SLM的应用领域。

技术领域

本发明属于先进制造技术领域，具体涉及一种激光选区熔化制备TiAl/TC4微叠层复合材料的方法。

背景技术

TiAl基合金具有密度低、比强度高、耐氧化和高温抗蠕变性能好等优点，可实现高温结构件减重30～40％，在航空航天、汽车等领域具有广阔的应用前景。然而，由于TiAl基合金的室温塑性低(0.3％左右)和热加工难度大而严重制约了其发展和应用。激光选区熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)是一种能直接成形高致密、高精度复杂结构金属零件的快速制造技术，与传统制造方法相比，极大提高了材料利用率，缩短了制造周期。SLM是目前所有金属增材制造技术中成形精度和成型质量最好的工艺，可以成形复杂精密的功能零件。许多学者利用激光选区熔化技术对TiAl合金进行了快速成形的研究，但是由于TiAl基合金固有的低室温延性，在SLM制备过程中产生的温度梯度和残余应力使得TiAl合金零件非常容易产生裂纹，影响零件质量，目前SLM还无法制备全致密的TiAl合金零件。

当前，为改善TiAl基合金塑性，人们发展了具有仿生结构的TiAl基微叠层复合材料，通过塑韧合金(Ti、Nb合金)微叠层增韧，可解决TiAl室温脆性的局限性，呈现出良好的综合力学性能。TC4是应用最广泛的钛合金，具有中等的室温和高温强度、优异的塑性和韧性；激光选区熔化制备TC4的工艺已经十分成熟，钛合金成形件目前已广泛应用于航空航天、军事、医疗等领域。采用TC4钛合金增强TiAl基合金有望在保留其高温强度和抗氧化性能的基础上，提高其室温塑韧性，从而提高TiAl基合金的综合力学性能。然而TiAl基微叠层复合材料制备难度更大，传统方法难以制备，目前只停滞在材料制备研究方面，尚无法实现零件制造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光选区熔化制备TiAl/TC4微叠层复合材料的方法，本发明方法有效地抑制了裂纹的产生，得到了全致密、综合性能较好的TiAl/TC4微叠层试样，根据性能需求设置不同的层数比以制备不同性能需求的成形件，降低了成形件的强度、塑性及密度对制备方法的限制，同时也扩展了SLM的应用领域。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种激光选区熔化制备TiAl/TC4微叠层复合材料的方法，具体步骤如下：

(1)成形粉末为气雾化TiAl粉、TC4粉，制备前将粉末置于真空干燥箱中烘干；铺粉前，将待用TiAl粉、TC4粉装入储粉箱，加热装置对储粉箱内粉末进行外部加热至200℃；铺粉前对粉末进行加热可防止过冷的粉末直接铺置在已凝固层上；

(2)制备前去掉基板表面氧化层并擦拭干净，将基板安装到工作平台并调平后关闭成形工作室；去除基板表面氧化层并擦拭可粗糙表面，降低铺粉难度；

(3)惰性保护气体先通过干燥过滤器，去除水汽，然后通过气体加热器进行加热，加热温度为100℃，最后充入成形工作室；

(4)通过计算机对TiAl/TC4叠层结构零件模型进行设计并添加材料属性，同时对模型分层切片处理，根据每个切片的几何轮廓信息和材料信息，规划出扫描路径，并设置相应的试验参数；