[发明专利]一种3D打印增强体/Ti2

说明书

本发明公开了一种3D打印增强体/Ti₂AlNb基复合材料及其制备方法，属于金属材料制造领域。制备方法包括：(1)以Ti₂AlNb球形预合金粉为基体，以TiB₂、石墨烯或TiC粉为增强颗粒；(2)将所选粉料混合进行机械搅拌；(3)将预搅拌后的粉料进行干法球磨混粉；(4)用计算机设计所需试样的三维图形，将绘制程序输入到3D打印机中；(5)将球磨后的混合粉料按照预设程序层层扫描，最终制备出所需复合材料。本发明工艺简单，各组分之间具有优异的稳定性，增强相与基体结合紧密且在激光熔化过程中生成的第二相在金属内部形成钉扎作用；增强相和第二相共同作用产生细晶强化效果，可消除3D打印后材料存在的缺陷。本发明复合材料的平均晶粒尺寸小且材料的硬度和摩擦磨损性能都显著优化。

技术领域

本发明属于金属材料制造技术领域，特别涉及一种3D打印增强体/Ti₂AlNb 基复合材料及其制备方法。

背景技术

Ti₂AlNb合金是钛合金中一种较为新型的合金，因其低密度，高强度和优异的耐腐蚀性能在汽车制造、航空航天、生物医学等领域具有很高的应用价值和广阔的应用前景。但其作为航空发动机高温运动副零部件使用时，较差的耐磨性能导致整机系统的寿命和可靠性下降。因此，提高和改善Ti₂AlNb合金的摩擦学性能是目前迫切需解决的难题之一。

因此需要在钛合金中加入增强颗粒或填料以生产性能更优的复合材料。增强相的加入不仅能进一步提高钛合金的抗蠕变性和摩擦磨损性能，还能提高钛合金的比强度和比模量，提高钛合金硬度和稳定性。

需要用到3D打印技术中的选区激光熔化技术(SLM)。SLM在其作用于金属粉时，使粉末发生完全熔化/凝固，成形件的成形质量相比于选区激光烧结技术制备出的成形件有着显著的提高。而增强颗粒在激光熔化过程中会与基体 Ti₂AlNb发生原位反应生成第二相，可在金属内部形成钉扎作用使凝结后材料结构致密，且增强相和第二相对机体共同作用产生细晶强化效果，消除3D打印后材料一般存在的缺陷。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种3D打印增强体 /Ti₂AlNb基复合材料及其制备方法，其制备工艺简单，所得产品组织均匀、机械强度高、摩擦系数低、磨损率小、稳定性高、耐磨和减摩性能优异。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种3D打印增强体/Ti₂AlNb基复合材料及其制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)，粉料的选择：以旋转电极法制备的Ti₂AlNb球形预合金粉为基体，以TiB₂、石墨烯碳纳米片或TiC粉为增强颗粒；

步骤(2)，混合粉料预搅拌：将步骤(1)所选粉料按照增强颗粒质量为混合粉总质量的0.5％～25％混合，放入V型搅拌机进行机械搅拌30min～60min；

步骤(3)，球磨混粉：将步骤(2)处理后得到的预搅拌粉料进行干法球磨混粉，使增强相粉和Ti₂AlNb预合金粉充分混合，并且使得到的混合粉料的颗粒大小均匀；

步骤(4)，3D打印机的三维建模和参数设置：用计算机设计所需试样的三维图形，将绘制命令程序输入到3D打印机中，参数设置：激光功率为200～1100W，扫描速度为0.05～1m/min，脉冲电流60～220A；

步骤(5)，将步骤(3)处理后得到的混合粉料预铺在3D打印机的基板上，启动3D打印机，激光束按照预设程序扫描；

步骤(6)，完成步骤(5)预设扫描后，将升降工作台下降一定高度，保证离焦量不变，重复步骤(5)操作，层层累加制备出所需复合材料。

进一步地：