[发明专利]一种基于增材制造技术制备宽温域恒弹性低模量钛合金的方法

说明书

一种基于增材制造技术制备宽温域恒弹性低模量钛合金的方法，涉及电子束增材制造技术领域，该方法包括：步骤1：制备30μm～150μm粒径的电子束粉末；步骤2：建立打印金属零件的三维模型；步骤3：调节打印工艺参数和扫描策略，使用电子束设备进行增材制造，并直接获得高精度宽温域恒弹性的钛合金。该方法制备的合金其宽温域恒弹性特性可通过控制增材制造工艺参数，从而直接生成，不需后续加工处理，室温弹性模量在35～55GPa，在‑50℃～200℃温域区间内保持弹性模量不变。本发明方法工艺步骤简单、生产成本低，加工周期短，在国防、航空航天、精密机械等领域，都有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及电子束增材制造技术领域，具体涉及一种基于增材制造技术制备宽温域恒弹性低模量钛合金的方法。

背景技术

恒模量合金因为具备在一定温域内保持弹性模量不变的功能特性，在航空航天、精密机械等领域得到了非常广泛的应用。一般精密仪器中使用的零件常伴随着零件设计复杂，加工难度大且加工工序众多和高制造成本等诸多问题，从而也限制了精密机械领域的进一步发展。

增材制造技术以计算机辅助设计系统(CAD)模型为基础，可以不需要模具直接对完成零件的打印，制造精度可以达到±20μm，具有极高的加工精度。并且可以成型复杂结构的零部件，不存在传统加工方式的加工死角等问题。

电子束选区熔化技术是一种以电子束为热源的增材制造技术，有扫描速度、电子束电流、偏焦量、线偏焦和底板温度等几个重要的工艺参数，不同的加工工艺加工的同种金属零件，力学性能、相含量、相组成和显微组织都会有不同。

因此，利用增材制造技术的加工特点，通过控制工艺参数来调节零件的相含量、相组成和显微组织，进而实现直接制备宽温域恒模量钛合金的目的。既可以降低制造成本，减少加工工序，缩短加工时间，还可以直接高精度成型。增材制造技术制备的恒模量钛合金可以省去繁琐的加工工序直接快速成型，具备优异的性能，在国防、航空航天、精密机械等领域具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于增材制造技术制备宽温域恒弹性低模量钛合金的方法，该方法制备的宽温域恒弹性低模量钛合金，其室温弹性模量在35～55Gpa范围内，能够在-50℃～200℃温域区间内保持弹性模量不变。

本发明的技术方案如下：

一种基于增材制造技术制备宽温域恒弹性低模量钛合金的方法，具体步骤如下：

步骤1：制备30μm～150μm粒径的电子束粉末；

根据需要打印的合金种类，制备规定成分的球形合金粉末，选择气雾化工艺或旋转电极的方式来制备合金粉末。粉末粒径分布范围为30μm～150μm，其粉末特性需满足粒度分布，D10为48～52μm，D50为68～72μm，D90为95～100μm。松装密度为2.4～3.0g/cm³，振实密度在2.6～3.5g/cm³，霍尔流动性≤30(s/50g)，空心粉率不超过0.5％。

步骤2：建立打印金属零件的三维模型；

使用三维建模软件，建立金属零件的三维模型，将设计的三维模型导入三维模型处理软件，进行图形优化和后续支撑设计；然后将优化处理后的三维模型转导入电子束熔融金属成型设备的计算机控制系统，使用电子束增材制造设备进行后续打印工作；

步骤3：调节打印工艺参数和扫描策略，使用电子束设备进行增材制造；

根据打印模型尺寸选择底板，将底板进行预热至打印温度，设定打印过程中每层铺粉厚度，设定打印工艺参数和扫描策略进行打印。