CN107058799B - 一种含铼3d打印用钛基合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含铼3D打印用钛基合金材料，含有钼铼合金、铌、钼、钒、铁、硼、铜和钛。制备方法为：进行成分设计后将金属粉末充分混合，将混合粉末烧结并合金均匀化然后通过机械合金化获得合金粉末。所得的材料经3D打印出的成品具有轻量化、硬度高、耐磨损以及抗腐蚀的优点。

Description

一种含铼3D打印用钛基合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属粉末制备领域，特别是一种含铼3D打印用钛基合金材料及其制备方法。
背景技术
目前，3D打印技术的核心是装备和材料。随着3D打印技术的发展，3D打印装备成熟，但目前可用于3D打印的材料种类少、性能不稳定，成为制约3D打印技术发展和应用的瓶颈问题。传统粉末冶金用的金属粉末材料还不能完全适应3D打印工艺，目前已有的金属粉末种类少、价格高、产品化程度低。
钛合金具有密度小、比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能好等优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料，在航空航天、化工、核工业、运动器材以及医疗器械等领域得到了广泛的应用。但由于钛及钛合金的应变硬化指数低(近似为0.15)，抗塑性剪切变形能力和耐磨性差，因而限制了其制件在高温和腐蚀磨损条件下的使用。铼是一种稀有难熔金属，不仅具有良好的塑性、机械性和抗蠕变性能，还具有良好的耐磨损、抗腐蚀性能，对除氧气之外的大部分燃气能保持比较好的化学惰性。铼及其合金被广泛应用到航空航天、电子工业、石油化工等领域。
但是，目前的钛合金通常只能作为结构材料使用，在具有比强度高的同时，不易坚固耐磨损、耐腐蚀等性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐磨损、抗腐蚀的钛合金及其制备方法。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供的一种含铼3D打印用钛基合金材料，所述钛基合金材料以质量百分比记含有：
钼铼合金：12～24％
铌：1～5％
钼：2～6％
钒：2～6％
铁：1～5％
硼：3～8％
铜：2～5％，余量为钛和不可避免的杂质。
优选地，所述钛基合金材料中各组分的质量百分比为：钼铼合金12％，铌5％，钼6％，钒6％，铁5％，硼8％，铜5％以及钛5％；其中钼铼合金中铼的质量百分比为15％。
优选地，所述钛基合金材料中各组分的质量百分比为：钼铼合金18％，铌2％，钼3％，钒3％，铁2％，硼5％，铜3％，钛64％；其中钼铼合金中铼的质量百分比为25％。
优选地，所述钛基合金材料中各组分的质量百分比为：钼铼合金20％，铌4％，钼5％，钒4％，铁3％，硼6％，铜4％，钛54％；其中钼铼合金中铼的质量百分比为35％。
优选地，所述钛基合金材料中各组分的质量百分比为：钼铼合金24％，铌1％，钼2％，钒2％，铁1％，硼3％，铜2％，钛65％；其中钼铼合金中铼的质量百分比为45％。
优选的，所述钛基合金材料为合金粉末颗粒。
优选的，所述合金粉末颗粒为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％。
优选的，所述钼铼合金以质量％记含有11～50％的铼，余量为钼和不可避免的杂质。
第二方面，本发明提供一种含铼3D打印用钛基合金材料的制备方法，依次按照以下步骤进行：
(1)将金属粉末充分混合；所述金属粉末按质量百分比含有：
钼铼合金：12～24％
铌：1～5％
钼：2～6％
钒：2～6％
铁：1～5％
硼：3～8％
铜：2～5％，余量为钛和不可避免的杂质；
(2)将混合后得到的粉末烧结并合金均匀化；以及
(3)通过机械合金化获得合金粉末。
第三方面，本发明提供一种3D打印零件，该零件是由第一方面中所述的钛基合金材料经3D打印制成。
本发明提供的，具有如下有益效果：应用本发明所提供的含铼3D打印用钛基合金粉末材料，所得到的的零部件既有钛合金“轻量化”的结构特点，又具有耐磨损、抗腐蚀的优点，突破了钛合金只能作为结构材料使用的局限性。
附图说明
图1为本发明所提供的一种含铼3D打印用钛基合金材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明方案中所有实施例采用的都是德国SLM Solution公司生产的SLM 280金属3D打印设备。
实施例一
请参考图1，取钼铼合金粉末1.2千克(其中铼含量的质量百分比为15％)、铌粉末0.5千克、钼粉末0.6千克、钒粉末0.6千克、铁粉末0.5千克、硼粉末0.8千克、铜粉末0.5千克、钛粉末5.3千克，所取粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％。将所取粉末置入混粉机中混合10分钟至混合均匀。
将混合粉末烧结并进行合金均匀化处理。
产物通过机械合金化，得到粉末成品。机械合金化是一个通过高能球磨使粉末经受反复的变形、冷焊、破碎，从而达到元素间原子水平合金化的复杂物理化学过程。
合金粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％。
用所获得的成品粉末进行3D打印，打印参数为：建造速率：40cm3/h，激光扫描速度：10m/s，分层厚度：30μm。
3D打印零部件的密度、硬度及耐磨性见表1。
实施例二
取钼铼合金粉末1.8千克(其中铼含量的质量百分比为25％)、铌粉末0.2千克、钼粉末0.3千克、钒粉末0.3千克、铁粉末0.2千克、硼粉末0.5千克、铜粉末0.3千克、钛粉末6.4千克，所取粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％。将所取粉末置入混粉机中混合10分钟至混合均匀。
将混合粉末烧结并进行合金均匀化处理。
产物通过机械合金化，得到粉末成品。
合金粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％。
用所获得的成品粉末进行3D打印，打印参数为：建造速率：40cm3/h，激光扫描速度：10m/s，分层厚度：30μm。
3D打印零部件的密度、硬度及耐磨性见表1。
实施例三
取钼铼合金粉末2.0千克(其中铼含量的质量百分比为35％)、铌粉末0.4千克、钼粉末0.5千克、钒粉末0.4千克、铁粉末0.3千克、硼粉末0.6千克、铜粉末0.4千克、钛粉末5.4千克，所取粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％。将所取粉末置入混粉机中混合10分钟至混合均匀。
将混合粉末烧结并进行合金均匀化处理。
产物通过机械合金化，得到粉末成品。
合金粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％。
用所获得的成品粉末进行3D打印，打印参数为：建造速率：40cm3/h，激光扫描速度：10m/s，分层厚度：30μm。
3D打印零部件的密度、硬度及耐磨性见表1。
实施例四
取钼铼合金粉末2.4千克(其中铼含量的质量百分比为45％)、铌粉末0.1千克、钼粉末0.2千克、钒粉末0.2千克、铁粉末0.1千克、硼粉末0.3千克、铜粉末0.2千克、钛粉末6.5千克，所取粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％。将所取粉末置入混粉机中混合10分钟至混合均匀。
将混合粉末烧结并进行合金均匀化处理。
产物通过机械合金化，得到粉末成品。
合金粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％。
用所获得的成品粉末进行3D打印，打印参数为：建造速率：40cm3/h，激光扫描速度：10m/s，分层厚度：30μm。
3D打印零部件的密度、硬度及耐磨性见表1。
表1四种实施例中材料密度硬度相对耐磨性对照表
其中密度采用排水法测量，先用天平测出质量M；用量筒测出体积V；用公式P＝M/V计算密度。
所打硬度均采用HR—150A洛氏硬度机，载荷为150kg，对3D打印零部件取五点打硬度，最后得到该零部件的平均洛氏硬度值。
磨损实验采用MLS-225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机进行磨损实验。
在3D打印零部件中取六个57×25×5mm磨损式样，磨损实验时，实验参数如下：橡胶轮转速：240转/分，橡胶轮直径：178mm，橡胶轮硬度：60(邵尔硬度)，载荷：10Kg，磨损时间：250s，橡胶轮转数：约1000转，磨料：40～70目的石英砂。材料的耐磨性能用磨损的失重量来衡量。在实验前、后，将试件放入盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗仪中清洗3～5分钟，实验时用Q235钢作为对比，对比件失重量与测量件失重量之比作为该配方的相对耐磨性。相对耐磨性
从表1可以看出，打印出的零部件HRC>45，拥有良好的硬度；相对耐磨性为Q235钢的14倍以上，同时材料的密度虽然略大于纯钛(4.5g/cm3)，但是远小于钢(7.85g/cm3)；因此，本发明所提供的含铼3D打印用钛基合金材料既可以是打印出的零部件轻量化，又达到了耐磨损、抗腐蚀的功能化要求。
以上对本发明所提供的一种含铼3D打印用钛基合金材料及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种含铼3D打印用钛基合金材料的制备方法，其特征在于，依次按照以下步骤进行：
取铼含量的质量百分比为15％的钼铼合金粉末1.2千克、铌粉末0.5千克、钼粉末0.6千克、钒粉末0.6千克、铁粉末0.5千克、硼粉末0.8千克、铜粉末0.5千克、钛粉末5.3千克，其中，所取粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％；
将所取粉末置入混粉机中混合10分钟至混合均匀；
将混合粉末烧结并进行合金均匀化处理；
产物通过机械合金化，得到合金粉末成品，且所述合金粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％。
2.一种含铼3D打印用钛基合金材料的制备方法，其特征在于，依次按照以下步骤进行：
取铼含量的质量百分比为25％的钼铼合金粉末1.8千克、铌粉末0.2千克、钼粉末0.3千克、钒粉末0.3千克、铁粉末0.2千克、硼粉末0.5千克、铜粉末0.3千克、钛粉末6.4千克，其中，所取粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％；
将所取粉末置入混粉机中混合10分钟至混合均匀；
将混合粉末烧结并进行合金均匀化处理；
产物通过机械合金化，得到合金粉末成品，且所述合金粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％。
3.一种含铼3D打印用钛基合金材料的制备方法，其特征在于，依次按照以下步骤进行：
取铼含量的质量百分比为35％的钼铼合金粉末2.0千克、铌粉末0.4千克、钼粉末0.5千克、钒粉末0.4千克、铁粉末0.3千克、硼粉末0.6千克、铜粉末0.4千克、钛粉末5.4千克，其中，所取粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％；
将所取粉末置入混粉机中混合10分钟至混合均匀；
将混合粉末烧结并进行合金均匀化处理；
产物通过机械合金化，得到合金粉末成品，且所述合金粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％。
4.一种含铼3D打印用钛基合金材料的制备方法，其特征在于，依次按照以下步骤进行：
取铼含量的质量百分比为45％的钼铼合金粉末2.4千克、铌粉末0.1千克、钼粉末0.2千克、钒粉末0.2千克、铁粉末0.1千克、硼粉末0.3千克、铜粉末0.2千克、钛粉末6.5千克，其中，所取粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％；
将所取粉末置入混粉机中混合10分钟至混合均匀；
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产物通过机械合金化，得到合金粉末成品，且所述合金粉末颗粒均为球形形貌，粒径为20～120μm，含氧量为0.09～0.14％。
5.一种3D打印零件，其特征在于，使用权利要求1-4任一所述方法制备的钛基合金材料经3D打印制成。
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Pledgor: Kangshuo (Shanxi) Intelligent Manufacturing Co.,Ltd.

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