[发明专利]增材制造钛铝金属间化合物用钛药芯焊丝及其制备方法

说明书

本发明公开了一种增材制造钛铝金属间化合物用钛药芯焊丝，钛药芯焊丝由包裹有钛外壳的粉末态药芯组成，钛药芯焊丝由以下摩尔百分含量的组分构成：40%~50%的Al，1%~8%的Nb，1%~4%的Mo，0.1%~0.5%的B和余量的Ti及不可避免的杂质；另外，还提供了该钛药芯焊丝的制备方法，通过将Al粉，Nb粉，Mo粉和B粉球磨后装入洁净钛管并进行封口，然后进行拉长，得到钛药芯焊丝。本发明将粉末态的药芯包裹在钛外壳中形成钛药芯焊丝，解决了钛铝金属间化合物室温塑性差难以实现拉丝为成型焊丝的问题，实现了采用单根焊丝进行钛铝金属间化合物的制备，使得钛药芯焊丝沉积形成的构件具有良好的强塑性匹配。

技术领域

本发明属于钛铝金属间化合物技术领域，具体涉及一种增材制造钛铝金属间化合物用钛药芯焊丝及其制备方法。

背景技术

钛铝金属间化合物，因其具有高比强度、比模量、良好的抗氧化性、抗蠕变性等优点，被认为是新世纪有希望取代Ni基高温合金的高温结构材料之一。然而，钛铝金属间化合物合金在室温条件下因为超点阵位错的低可动性以及缺乏足够的形变方式等特点，呈现出较差的加工性能。当前钛铝金属间化合物只能通过铸造和高温塑性成形进行加工，其高昂的制造成本和较长的制造周期限制了钛铝金属间化合物的进一步应用。

增材制造技术是基于材料分层累加原理，自下而上逐层累积材料，成型三维实体构件的制造方法，该技术具有工艺流程简单、材料利用率高、成型效率高等优点，尤为适用于钛铝金属间化合物的制造。增材制造技术根据制造工艺的不同可分为铺粉选区熔化、送粉熔化沉积和送丝熔化沉积三种方法。公开号为CN110449581A的发明专利中公开了一种激光熔化沉积制备TiAl+Ti₂AlNb复合材料的方法，该发明采用激光送粉熔化沉积的方法进行材料成形，解决了钛铝金属间化合物成形问题，但是激光熔化技术对金属粉末质量要求较高，致密度对构件的性能影响较大，且激光沉积速率较低，限制了其在大型构件制备中的应用。

现有技术中采用送丝熔化沉积的方法能够解决上述问题，且送丝熔化沉积技术加工效率高、自由度高，尤为适合制备大尺寸构件。但是钛铝金属间化合物室温塑性差难以实现拉丝，因此拉丝制备其焊丝而实现其增材制造的可行性极低。公开号分别为CN110605462A、CN112139650A和CN112139649A的三项发明专利均涉及送丝熔化沉积金属间化合物的制备方法，这三项发明专利采用了双丝送丝的方法，通过控制钛丝和铝丝的双丝送丝机构制备钛铝金属间化合物。但是，双丝送丝机构一方面增加了设备成本，另一方面增加了设备运动机构的复杂程度，在沉积过程中势必会由于运动干涉等问题影响金属沉积路径，不利于制备结构复杂的金属构件，具有一定的局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种增材制造钛铝金属间化合物用钛药芯焊丝。该钛药芯焊丝通过将粉末态的药芯包裹在钛外壳中形成，解决了钛铝金属间化合物室温塑性差难以实现拉丝为成型焊丝的问题，实现了采用单根焊丝进行钛铝金属间化合物的制备，使得钛药芯焊丝沉积形成的构件具有良好的强塑性匹配。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：增材制造钛铝金属间化合物用钛药芯焊丝，所述钛药芯焊丝由包裹有钛外壳的药芯组成，所述药芯为粉末态，所述钛药芯焊丝由以下摩尔百分含量的组分构成：40%~50%的Al，1%~8%的Nb，1%~4%的Mo，0.1%~0.5%的B和余量的Ti及不可避免的杂质。

本发明采用塑性优良的钛管作为外皮包裹复合粉末的方式制备钛药芯焊丝，药芯中添加40%~50%的Al以保证符合钛铝金属间化合物的原子百分比要求，通过添加1%~8%的Nb可以提高钛铝金属间化合物的力学性能，添加1%~4%的Mo可以促使钛铝金属间化合物形成β0相增加塑性，添加微量的B可以在沉积过程中生成TiB从而钉扎晶界，起到细化晶粒的目的，该药芯成分可以使得本发明的钛药芯焊丝沉积形成的构件具有良好的强塑性匹配，可有效解决钛铝金属间化合物室温脆性大而无法拉丝成型的问题。