[发明专利]高致密度高硬度高耐磨Ti6Al4V块体合金的制备方法

说明书

本发明提供一种高致密度高硬度高耐磨Ti₆Al₄V块体合金的制备方法，包括：3D打印机对三维模型根据设定层厚进行分层，并搭建支撑，对Ti₆Al₄V基板进行预加热，将Ti₆Al₄V合金粉末装入3D打印机的打印工作腔，将Ti₆Al₄V合金粉末铺平，之后将剩粉腔中的Ti₆Al₄V合金粉末再送入打印工作腔，按照设定层厚进行铺粉，铺完Ti₆Al₄V合金粉末后，对Ti₆Al₄V合金粉末进行激光选区熔化，打印完成后获得Ti₆Al₄V块体合金零件。本发明制备的Ti₆Al₄V合金致密度达到99.9％，其硬度相较于轧制态Ti₆Al₄V提高了30～50％，达到了400～440HV，其耐磨性是轧制态Ti₆Al₄V合金的1～5倍。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体地，涉及一种高致密度高硬度高耐磨Ti₆Al₄V块体合金的制备方法。

背景技术

激光选区熔化技术属于增材制造的一种，是一种精密金属增材制造技术，可以成型任意复杂的功能零件。由CAD模型直接驱动，将材料逐层或逐点堆积出实体零件，是近年来得到广泛关注的一项新兴的先进制造技术。

激光选区熔化技术作为增材制造的一种，与传统的加工制造方法相比，它制造传统方法难以加工或难以加工的形状及其复杂的零部件，而且可以有效的节省材料、减少加工工序，从而大大的降低生产成本和大大提高生产效率。激光选区熔化技术尤其适合医疗领域研制阶段，零件结构越复杂，越能体现出其优势，几乎可以近净成型，设计自由度大。而相对于EBM，激光选区熔化技术制备的零件具有较大的残余应力，需要后续热处理工艺进行去除，而且激光选区熔化技术热源是激光，其能量利用率不及EBM。但是激光选区熔化技术的束斑相对较小，更有利于成型精细的零件特征和复杂的零件形状。

目前，从已公开发表的文献来看，对于通过激光选区熔化技术来制备Ti₆Al₄V合金，研究者主要通过优化激光选区熔化工艺参数，或者通过后续的不同热处理、热等静压制度来改善Ti₆Al₄V合金的致密度、硬度和耐磨性，但是在同一制度下其优异的性能不能同时兼顾。如：

孙健峰等人发表的《基于粉末特性的选区激光熔化Ti₆Al₄V表面粗糙度研究》(中国激光,2016(7):98-107)一文中，其采用方案：80W激光功率，200mm/s扫描速度，厚度0.02mm的正交层错扫描策略，存在的问题：所制备单熔道样品致密度低，成型件有无规则的沟壑状表面。

Zhu Y等人发表的《Sliding wear of selective laser melting processedTi6Al4V un der boundary lubrication conditions》(Wear,2016)一文中，其采用激光功率-200W，扫描速度-600mm/s,层厚-50μm的方案，存在的问题：虽然该工艺下制备的Ti₆Al₄V合金的硬度能达到～440HV，但是含有较多的孔洞缺陷，其耐磨性的改善及其有限。