CN104174856A - 制备TiAl基复合粉体材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了制备TiAl基复合粉体材料的方法,首先取铝粉、钛粉和增强材料并混合均匀,然后球磨处理原料混合物得到TiAl基复合材料,最后等离子体球化处理球磨所得TiAl基复合材料得产品,其中铝粉体积份为30~55份,钛粉体积份为45~70份,增强材料体积份为0.2~20份,增强材料为硼、石墨、石墨烯、碳纳米管或碳纤维。本发明所制得的复合材料粉末球形度高于80%,粒度范围为0~45um,特别适合于激光快速成形3D打印;本发明向TiAl合金基体中加入适量的增强材料,并通过适当的工艺使其与基体材料产生良好结合,不仅可以提高TiAl合金的高温性能,而且可以提高其3D打印性能。
Description
技术领域
本发明属于复合材料领域,涉及TiAl基复合材料,特别涉及制备TiAl基复合粉体材料的方法。
背景技术
提高发动机的推动比是航空技术的核心问题,钛合金质轻、比强度高、高温蠕变性能优异,已被用于制造发动机、压气机叶片及盘件。但是,钛合金变形系数小、切削温度高、冷硬现象严重、机械加工性能差,影响了该技术的推广。另外,钛合金价格昂贵,常规的切削加工方法还存在浪费原材料的问题。
3D打印技术又称增材制造技术,该技术通过计算机程序将设计的三维模型分层切片形成相应的数据流并传输到3D打印装置,3D打印装置在该数据流的控制下将打印耗材层层堆积,最终得到与模型形状完全相同的产品。与传统的加工方式相比,3D打印技术具有快速灵活、节约材料,在加工形状复杂、小批量零件方面的优势十分明显。3D打印耗材(原材料)是制约3D打印技术的关键因素之一。目前,已经有研究者以TC4钛合金为原材料,制造出3D打印零件,但是TC4抗高温蠕变性能及热稳定性差,最高温度为550℃,不能满足耐更高温度的发动机使用要求。
因此,有必要对TiAl合金的成分进行优化,以提高优化后合金的高温使用性能;另一方面也需要对合金宏观、微观形貌进行改进,以提高其3D打印成形性能。
目前,TiAl基复合材料的增强相主要有TiB2、TiC和SiC,制备工艺主要有熔铸法、粉末冶金法、机械合金化法、等离子体烧结法以及自蔓延高温合成法。这些方法制备的复合材料存在致密度不高,工艺复杂、能耗大等缺点,不能满足3D打印的要求。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种制备TiAl基复合粉体材料的方法。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
制备TiAl基复合粉体材料的方法,包括以下步骤:
Stp1:取铝粉、钛粉和增强材料并混合均匀;
Stp2:球磨处理Stp1的混合物得到TiAl基复合材料;
Stp3:等离子体球化处理Stp2球磨所得TiAl基复合材料。
作为本发明制备TiAl基复合粉体材料方法的优选,Stp1中所取铝粉体积份为30~55份,钛粉体积份为45~70份,增强材料体积份为0.2~20份。
作为本发明制备TiAl基复合粉体材料方法的另一种优选,Stp1中所取铝粉粒径为15~45um,钛粉粒径为15~45um,增强材料粒径为10~30um。
作为本发明制备TiAl基复合粉体材料方法的另一种优选,Stp1中增强材料为硼、石墨、石墨烯、碳纳米管或碳纤维。
作为本发明制备TiAl基复合粉体材料方法的进一步优选,Stp2球磨过程中球与物料的质量比为1:1~10:1,转速为100~1000rpm,研磨时间为1~10小时;球磨时每研磨20~60分钟,暂停10~120分钟。
作为本发明制备TiAl基复合粉体材料方法的进一步优选,Stp3等离子体球化球化时球化功率为20~80kW,送粉速率为0.5~4Kg/h。
本发明的有益效果在于:
本发明制备TiAl基复合粉体材料方法首先在适当的条件下对原材料进行高能球磨处理,然后对球磨后的合金粉进行等离子体球化处理,所制得的复合材料粉末球形度高(80%以上),粒度均匀(粒度范围为0~45um),特别适合于激光3D打印;本发明向TiAl合金基体中加入适量的增强材料,并通过适当的工艺使增强材料与基体材料产生良好结合,不仅可以提高TiAl合金的高温性能,而且可以提高其3D打印性能。
具体实施方式
下面将结合对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1:
本实施例制备TiAl基复合粉体材料的方法,包括以下步骤:
Stp1:取铝粉、钛粉和增强材料并混合均匀;
Stp2:球磨处理Stp1的混合物得到TiAl基复合材料;
Stp3:等离子体球化处理Stp2球磨所得TiAl基复合材料。
其中:
Stp1中所取铝粉体积份为40份,钛粉体积份为55份,增强材料体积份为10份;
Stp1中所取铝粉粒径范围为15~45um,钛粉粒径为15~45um,增强材料粒径为10~30um;
Stp1中增强材料为石墨;
Stp2球磨过程中球与物料的质量比为5:1,转速为800rpm,研磨时间为3小时;球磨时每研磨30分钟,暂停50分钟;
Stp3等离子体球化球化工艺为功率为60kW,送粉速率为2Kg/h,送粉器位置为11cm。
本实施例中:
Stp2球磨前先抽真空,再通入氩气保护,球磨时球磨磨罐和磨球为玛瑙或者硬质合金材质。
经测试,本实施例所得TiAl基复合粉体材料粒径范围为0~35um,平均粒径约为21-23um,球形度大于80%。
实施例2:
本实施例制备TiAl基复合粉体材料的方法,包括以下步骤:
Stp1:取铝粉、钛粉和增强材料并混合均匀;
Stp2:球磨处理Stp1的混合物得到TiAl基复合材料;
Stp3:等离子体球化处理Stp2球磨所得TiAl基复合材料。
其中:
Stp1中所取铝粉体积份为35份,钛粉体积份为66份,增强材料体积份为3份;
Stp1中所取铝粉粒径为15~45um,钛粉粒径为15~45um,增强材料粒径为10~30um;
Stp1中增强材料为石墨烯;
Stp2球磨过程中球与物料的质量比为8:1,转速为200rpm,研磨时间为10小时;球磨时每研磨30分钟,暂停100分钟;
Stp3等离子体球化球化工艺为功率为30kW,送粉速率为3.5Kg/h,送粉器位置为11cm。
本实施例中:
Stp2球磨前先抽真空,再通入氩气保护,球磨时球磨磨罐和磨球为玛瑙或者硬质合金材质。
经测试,本实施例所得TiAl基复合粉体材料粒径范围为5~30um,平均粒径为20~23um,球形度大于80%。
实施例3:
本实施例制备TiAl基复合粉体材料的方法,包括以下步骤:
Stp1:取铝粉、钛粉和增强材料并混合均匀;
Stp2:球磨处理Stp1的混合物得到TiAl基复合材料;
Stp3:等离子体球化处理Stp2球磨所得TiAl基复合材料。
其中:
Stp1中所取铝粉体积份为50份,钛粉体积份为48份,增强材料体积份为18份;
Stp1中所取铝粉粒径为15~45um,钛粉粒径为15~45um,增强材料粒径为10~30um;
Stp1中增强材料为碳纤维;
Stp2球磨过程中球与物料的质量比为1:1,转速为1000rpm,研磨时间为2小时;球磨时每研磨50分钟,暂停30分钟;
Stp3等离子体球化球化工艺为功率为70kW,送粉速率为1.5Kg/h,送粉器位置为13cm。
本实施例中:
Stp2球磨前先抽真空,再通入氩气保护,球磨时球磨磨罐和磨球为玛瑙或者硬质合金材质。
经测试,本实施例所得TiAl基复合粉体材料粒径范围为10~45um,平均粒径为22~25um,球形度大于80%。
需要说明的是,本发明制备TiAl基复合粉体材料方法的优选,Stp1中所取铝粉体积份为30~55份,钛粉体积份为45~70份,增强材料体积份为0.2~20份,铝粉粒径为15~45um,钛粉粒径为15~45um,增强材料粒径为10~30um,增强材料为硼、石墨、石墨烯、碳纳米管或碳纤维;Stp2球磨过程中球与物料的质量比为1:1~10:1,转速为100~1000rpm,研磨时间为1~10小时;球磨时每研磨20~60分钟,暂停10~120分钟;Stp3等离子体球化球化时球化功率为20~80kW,送粉速率为0.5~4Kg/h,送粉器位置为10~13cm时均能实现本发明的目的。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.制备TiAl基复合粉体材料的方法,其特征在于,包括以下步骤:
Stp1:取铝粉、钛粉和增强材料并混合均匀;
Stp2:球磨处理Stp1的混合物得到TiAl基复合材料;
Stp3:等离子体球化处理Stp2球磨所得TiAl基复合材料。
2.根据权利要求1所述制备TiAl基复合粉体材料的方法,其特征在于:Stp1中所取铝粉体积份为30~55份,钛粉体积份为45~70份,增强材料体积份为0.2~20份。
3.根据权利要求1所述制备TiAl基复合粉体材料的方法,其特征在于:Stp1中所取铝粉粒径为15~45um,钛粉粒径为15~45um,增强材料粒径为10~30um。
4.根据权利要求1所述制备TiAl基复合粉体材料的方法,其特征在于:Stp1中增强材料为硼、石墨、石墨烯、碳纳米管或碳纤维。
5.根据权利要求1所述制备TiAl基复合粉体材料的方法,其特征在于:Stp2球磨过程中球与物料的质量比为1:1~10:1,转速为100~1000rpm,研磨时间为1~10小时;球磨时每研磨20~60分钟,暂停10~120分钟。
6.根据权利要求1所述制备TiAl基复合粉体材料的方法,其特征在于:Stp3等离子体球化球化时球化功率为20~80kW,送粉速率为0.5~4Kg/h。
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