一种具有高强度高耐磨性的增材制造钛合金材料的方法与流程
本发明属于金属材料领域，涉及一种钛合金材料的制造方法。
背景技术：
1、钛合金具有低密度、高比强度、耐高温、抗腐蚀等优异的综合性能，是飞机机体和航空发动机最主要的结构材料之一 。随着钛合金技术的发展，它也被广泛应用到其他领域，使用环境越来越复杂，对其综合性能的要求也越来越高。但是，钛合金具有表面硬度低、耐磨性差、高温易氧化等缺点，严重影响了其结构的安全性和可靠性，并限制了它在磨擦机构的应用，为了使其应用范围更为广泛，改善钛合金的硬度、耐磨性、抗高温氧化性能等表面性能就成了亟需解决的问题。
2、提高金属材料的耐磨性，通常通过合金成分设计来提高合金的硬度从而提高耐磨性，但是对于钛合金而言，提高硬度意味着后续很难加工，因此传统的钛合金考虑到加工性能，在进行成分设计时也要兼顾加工性能，这就使得传统钛合金具有优异的力学性能和可加工性，但是硬度不高，耐磨性也较差，难以应用于一些需要兼顾力学性能和耐磨性的领域。近年来快速发展的增材制造（即3d打印）技术造能直接成形各种形状的样品，其形状没有限制，成形之后不需要再对样品进行进一步的加工处理，为高强度、高耐磨钛合金的制造提供了可能。尽管有关钛合金的增材制造，国内外已进行了大量的研究，但是大都是基于常规牌号，如tc4合金等，没有即耐磨又具有良好力学性能的成熟牌号钛合金。因此，研制一种适合于3d打印工艺，可以兼顾耐磨性和力学性能的钛合金，已成为当务之急。
技术实现思路
1、本发明通过合金成分设计，在钛基体中形成了多种高硬度、弥散分布的强化相，这些强化相相互作用，使得钛合金具有优异的力学性能和耐磨性，其抗拉强度超过1350mpa，耐磨性是常规tc4合金的3倍以上。
2、一种具有高强度高耐磨性的增材制造钛合金材料的方法，基于粉末成分设计和3d打印工艺制造高强度高耐磨钛合金，打印时采用激光选区熔化工艺的工艺;通过在钛中添加si、cr、fe、al元素，并控制si和cr的比例范围，在β钛基体中形成约22wt%的ti5si3 相，其呈断续的网络状分布在ti基体中，另外在基体中弥散分布约12wt%的ti3al 相和约7wt% 的ti33.5al32.71cr27.6fe6.19 相，这两种相的尺寸3～5微米；这样断续网络状分布的ti5si3 相和弥散分布的ti3al 相和ti33.5al32.71cr27.6fe6.19相均具有高的硬度和耐磨性，能够大幅度提高钛合金的强度和耐磨性，在相同条件下，其耐磨性是普通tc4钛合金的3倍以上，同时抗拉强度超过1350mpa。
3、如上所述具有高强度高耐磨性的增材制造钛合金材料的方法，具体制备步骤为
4、1）采用气雾化制粉技术制备原材料粉末，粉末成分质量比为al：20～22wt%，fe ：10～11 wt %，si： 5～6 wt %，cr ：5～6 wt %，si：cr的比例为1：1，余量为ti以及不可避免的杂质，粉末的粒度控制在10-80μm微米范围内；
5、2）采用激光选区熔化工艺打印时的工艺参数为： 激光功率150-250w，扫描速度700-1500mm/s，光斑直径0.060-0.065mm，扫描间距0.100～0.150mm， 铺粉层厚0.030～0.035mm，基板温度50～80℃，打印过程采用氩气气氛保护。
6、本发明的优点在于，基于激光选区熔化并采用上述成分和工艺所制备的钛合金，不但打印无裂纹，同时具有高的抗拉强度和耐磨性，其抗拉强度超过1350mpa，耐磨性是常规tc4合金的3倍以上。
7、本发明设计合金成分的主要机理：通过在钛中添加si、cr、fe、al元素，并控制si和cr的比例范围，可以在β钛基体中形成约22wt%的ti5si3 相，其呈断续的网络状分布在ti基体中，另外在基体中弥散分布12wt%的ti3al 相和约7wt% 的ti33.5al32.71cr27.6fe6.19 相，这两种相的尺寸约3～5微米。这样断续网络状分布的ti5si3 相和弥散分布的ti3al 相和ti33.5al32.71cr27.6fe6.19相均具有高的硬度和耐磨性，可以大幅度提高钛合金的强度和耐磨性，在相同条件下，其耐磨性是普通tc4钛合金的3倍以上，同时抗拉强度超过1350mpa。
技术特征：
1.一种具有高强度高耐磨性的增材制造钛合金材料的方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述具有高强度高耐磨性的增材制造钛合金材料的方法，其特征在于，具体制备步骤为
技术总结
一种具有高强度高耐磨性的增材制造钛合金材料的方法，属于钛合金制造领域。本发明基于粉末成分设计和3D打印工艺制造高强度高耐磨钛合金，打印时采用激光选区熔化工艺;通过在钛中添加Si、Cr、Fe、Al元素，并控制Si和Cr的比例范围，在β钛基体中形成约22wt%的Ti5Si3相，其呈断续的网络状分布在Ti基体中，另外在基体中弥散分布12wt%的Ti3Al相和7wt%的Ti33.5Al32.71Cr27.6Fe6.19相，这两种相的尺寸3～5微米；这样断续网络状分布的Ti5Si3相和弥散分布的Ti3Al相和Ti33.5Al32.71Cr27.6Fe6.19相均具有高的硬度和耐磨性，能够大幅度提高钛合金的强度和耐磨性，在相同条件下，其耐磨性是普通TC4钛合金的3倍以上，同时抗拉强度超过1350MPa。
技术研发人员：于军,于锦洋,马超,王海建,姜洪涛,孟月东
受保护的技术使用者：苏州鲁信新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23