[发明专利]一种纳米多相增强钛基复合材料增材制造专用球形粉末的制造方法

说明书

本发明涉及一种纳米多相增强钛基复合材料增材制造专用球形粉末的制造方法，包括如下步骤：S1、采用合金基体和增强相的原材料，进行电极棒的压制；S2、进行真空熔铸合成铸锭；S3、将铸锭进行制粉用电极棒的加工；S4、将制粉用电极棒进行等离子旋转电极法制粉；S5、将获得的粉末进行筛分和封装。该方法制造的钛基复合材料球形粉末，具有增强相分布均匀、纯净度高、空心球和卫星球极少、粒度集中、球形度高、流动性优异和成本低等突出优势。该方法成功地实现了纳米增强相在球形粉末颗粒内部的原位自生和超细网状结构分布，专门为纳米多相增强钛基复合材料复杂零部件的电子束选区熔化和激光熔覆法增材制造提供高品质球形粉末。

技术领域

本发明涉及一种纳米多相增强钛基复合材料增材制造专用球形粉末的制造方法，属于金属粉末冶金技术领域。

背景技术

颗粒增强钛基复合材料具有比钛合金更高的高温比强度和比模量、更加优异的抗氧化和抗蠕变性能，且更加耐磨等突出优点，是一种极具应用前景的轻质高温高强结构材料。随着航空航天、军用车辆、海洋装备、武器装备轻量化等领域的快速发展，钛基复合材料已经成为一种重要的轻质高强战略型结构材料，具有不可替代的应用价值。然而，当前铸锭冶金法(比如真空熔铸+高温锻造)和粉末冶金法制造的颗粒增强钛基复合材料，难于实现增强相颗粒的纳米化和复杂形状零部件的低成本化制造。

激光和电子束增材制造(3D打印)是一种基于构件三维离散数字模型的近净成型柔性制造技术，具有工序短、材料利用率高、形状自由度高、无需制作模具等突出优势。增材制造已经成为难加工/成形钛合金、高温合金和金属间化合物及其复合材料零部件制造的关键技术。增材制造具有粉末逐层凝固堆积和快速凝固的特点，可以显著细化甚至纳米化金属基复合材料中的颗粒增强相。可以说，增材制造为制造纳米增强金属基复合材料，并成形出复杂形状的零部件，同时实现力学性能上的新突破，开辟了新的途径。

然而，当前钛基复合材料增材制造的所用的粉末材料，主要是球形基体合金粉末与增强体原材料粉末机械混合得到的前驱体粉末。虽然基于混合粉末的激光增材制造钛基复合材料工艺比较简单和灵活，但是仍然存在着难于克服的突出问题。具体有：粉末流动性变差、基体和增强体材料的能量吸收系数差异大、增强相原材料熔化不充分、增强相颗粒团簇和偏聚、额外引入氧和其它杂质，且增强相含量不能准确控制等。这些突出的问题，加上随之产生的增材制造开裂和孔洞缺陷，导致基于混合粉末增材制造出的钛基复合材料，很难实现优异的力学性能，特别是室温拉伸塑性。而采用无坩埚电极气雾化法(EIGA)制造钛基复合材料球形合金粉末，面临着粉末球形度较差、粉末氩气腔比例高和制造成本偏高的问题。因此，亟需开发出一种面向纳米增强钛基复合材料增材制造专用球形粉末的低成本化制造工艺。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术中增材制造用钛基复合材料粉末存在的氧含量偏高、流动性较差、增强相含量难于精确控制，容易诱发增强相颗粒团簇或者激光熔化不充分等技术问题，本发明提供一种纳米多相增强钛基复合材料增材制造专用球形粉末的制造方法，该方法低成本，为制造高性能纳米多相增强钛基复合材料复杂零部件提供高品质的球形合金粉末。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种纳米多相增强钛基复合材料增材制造专用球形粉末的制造方法，其包括如下步骤：

S1、采用合金基体和增强相的原材料，进行电极棒的压制；

S2、将压制的电极棒进行真空熔铸合成铸锭；

S3、将铸锭进行制粉用电极棒的加工；

S4、将步骤S3获得的制粉用电极棒进行等离子旋转电极法制粉；

S5、将步骤S4获得的粉末进行筛分和封装。