CN112475318A - 一种镍钛合金和钛合金多材料的4d打印方法 - Google Patents

一种镍钛合金和钛合金多材料的4d打印方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112475318A
CN112475318A CN202011352160.4A CN202011352160A CN112475318A CN 112475318 A CN112475318 A CN 112475318A CN 202011352160 A CN202011352160 A CN 202011352160A CN 112475318 A CN112475318 A CN 112475318A
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium alloy
nickel
printing
printing method
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011352160.4A
Other languages
English (en)
Inventor
文世峰
刘洋
周燕
耿鹏
史玉升
李霏
蔡志娟
马国财
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Beijing Institute of Electronic System Engineering
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Beijing Institute of Electronic System Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology, Beijing Institute of Electronic System Engineering filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202011352160.4A priority Critical patent/CN112475318A/zh
Publication of CN112475318A publication Critical patent/CN112475318A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明属于多材料的增材制造领域，具体涉及一种镍钛合金和钛合金多材料的4D打印方法，包括以下步骤，采用激光选区熔化成形样品，下层打印镍钛合金，中间打印过渡金属层，上层打印钛合金，所述镍钛合金为镍钛合金，过渡金属的熔点高于镍钛合金和钛合金，所述钛合金为不含镍的其他钛合金。本发明采用过渡金属中间层后，过渡金属的熔点高于镍钛合金和钛合金，可以阻止两者的混合，并且与任一合金都不会形成脆性金属间化合物，多材料的结合效果更好，物理性能有很大的提高。

Description

一种镍钛合金和钛合金多材料的4D打印方法
技术领域
本发明属于多材料的增材制造领域，具体涉及一种镍钛合金和钛合金多材料的4D打印方法。
背景技术
镍钛(NiTi)形状记忆合金的功能特性(即形状记忆效应和超弹性)在包括医疗、航空航天和地震阻尼装置在内的广泛行业中具有重要意义。除了这些功能特性外，NiTi还具有优异的物理特性和良好的抗疲劳性和抗腐蚀性，这增加了其在这些应用中的合意性。钛合金因其卓越的强度、韧性、抗疲劳性、耐腐蚀性和生物相容性而被期望成为这些相同应用的一部分。这些高度通用的材料被集成到复杂的多组件系统中，其中通过定制单个组件的属性来优化整体系统性能。多部件系统的制造通常需要连接不同的材料以获得复杂的形状和几何形状。
镍钛合金与钛合金的直接连接遇到了严重的问题，因为它们的物理和化学性质不同。合金之间的晶体学失配和脆性金属间化合物(即Ti2Ni、Ni3Ti、Al3Ti)的形成导致了接头的凝固开裂和脆性破坏。已经尝试将合金的混合最小化以避免这些脆性相，但是即使反应辅助扩散结合的低混合和低脆性相形成也不能避免脆性Ti2Ni相。已经尝试使用钎焊材料来停止混合，但是接头的机械性能很差。激光焊接的高功率强度和低热输入已经在传统连接技术失败的地方实现了成功的连接。此外，该工艺的快速加热和冷却、低变形、高精度和灵活性对于连接对焊接周期敏感的NiTi SMAs是理想的。先前对不同NiTi连接的研究将激光偏移到一种基材中，以控制混合程度；然而，合金元素的扩散没有完全停止，因此仍然形成脆性金属间化合物。
CN109195738A公开了用于增材制造钛合金的多材料线材，多材料线材(25)是具有细长外管部分和包含在所述细长外管部分内的一定体积的颗粒的粉芯线材(200)。所述细长外管部分一般包含第一材料或第二材料，并且所述体积的颗粒一般包含所述第一材料或所述第二材料中的另一种，所述第二材料不同于所述第一材料。例如，如果所述细长外管部分包含所述第一材料，则所述体积的颗粒包含所述第二材料。另一方面，如果所述细长外管部分包含所述第二材料，则所述体积的颗粒包含所述第一材料。在任何情况下，所述第一材料与第二材料的组成一般足以在所述线材用于增材制造中时制造出钛合金产物。然而，还技术方法是两种金属直接连接，还是存在脆性金属间化合物等问题。
综上所述，现有技术仍缺乏一种能够解决脆性金属间化合物等问题的钛合金多材料的4D打印方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种钛合金多材料的4D打印方法，通过采用单质钒作为中间层，解决了脆性金属间化合物，流程简单，易于实施，灵活性较好，适用性较强。本发明的详细技术方案如下所述。
一种镍钛合金和钛合金多材料的4D打印方法，包括以下步骤，采用选择性激光熔融技术(SLM)打印成型，下层打印镍钛合金，中间打印过渡金属层，上层打印钛合金，过渡金属的熔点高于镍钛合金和钛合金。
作为优选，所述钛合金包括TC4钛合金、TC2钛合金、TC1钛合金中的一种。
作为优选，所述过渡金属层为单质钒或单质铌。
作为优选，所述镍钛合金的打印方法为采用SLM打印成形，激光功率为100W-300W，扫描速度为700mm/s-900mm/s，层厚为20μm-29μm，扫描间距为125-150μm。
作为优选，所述过渡金属层的打印方法为，采用SLM打印成形，激光功率为150W-250W，扫描速度为100mm/s-300mm/s，层厚为20μm-29μm，扫描间距为125-150μm。
作为优选，所述钛合金的打印方法为采用SLM打印成形，激光功率为200W-350W，扫描速度为500mm/s-800mm/s，层厚为40μm-59μm，扫描间距为125-150μm。
作为优选，所述过渡金属层的厚度为0.1-0.5mm。
本发明的有益效果有：
(1)本发明采用过渡金属中间层后，过渡金属的熔点高于镍钛合金和钛合金，可以阻止两者的混合，并且与任一合金都不会形成脆性金属间化合物，多材料的结合效果更好，物理性能有很大的提高。
(2)本发明过渡金属的晶体构型与镍钛合金和钛合金相似，并且晶格常数比较接近，可与两种合金混溶，有助于提高结合效果。
附图说明
图1是对比实施例1的产品实物图；
图2是实施例1的产品实物图；
图3是实施例1和对比实施例1的拉伸测试结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例
实施例1
一种镍钛合金和钛合金多材料的4D打印方法，采用激光选区熔化(SLM)成形样品，下层打印镍钛合金，中间打印单质钒，上层打印TC4(Ti-6Al-4V)合金，包括以下步骤：
(1)采用SLM打印成形镍钛合金，激光功率为250W，扫描速度为900mm/s，层厚为25μm，扫描间距为130μm。
(2)采用SLM打印成形单质钒，激光功率为200W，扫描速度为250mm/s，层厚为25μm，扫描间距为130μm。单质钒的中间过渡层厚度为0.3mm。
(3)采用SLM打印成形Ti-6Al-4V合金，激光功率为275W，扫描速度为750mm/s，层厚为50μm，扫描间距为130μm。
打印得到的多材料镍钛合金/单质钒/Ti-6Al-4V，如图2所示。
实施例2
一种镍钛合金和钛合金多材料的4D打印方法，采用激光选区熔化(SLM)成形样品，下层打印镍钛合金，中间打印单质钒，上层打印TC2(Ti-4Al-1.5Mn)合金，包括以下步骤：
(1)采用SLM打印成形镍钛合金，激光功率为250W，扫描速度为900mm/s，层厚为25μm，扫描间距为130μm。
(2)采用SLM打印成形单质钒，激光功率为200W，扫描速度为250mm/s，层厚为25μm，扫描间距为130μm。单质钒的中间过渡层厚度为0.3mm。
(3)采用SLM打印成形Ti-4Al-1.5Mn合金，激光功率为300W，扫描速度为700mm/s，层厚为50μm，扫描间距为130μm。
实施例3
一种镍钛合金和钛合金多材料的4D打印方法，采用激光选区熔化(SLM)成形样品，下层打印镍钛合金，中间打印单质铌，上层打印TC1(Ti-2Al-1.5Mn)合金，包括以下步骤：
(1)采用SLM打印成形镍钛合金，激光功率为250W，扫描速度为900mm/s，层厚为25μm，扫描间距为130μm。
(2)采用SLM打印成形单质铌，激光功率为200W，扫描速度为250mm/s，层厚为25μm，扫描间距为130μm。单质钒的中间过渡层厚度为0.3mm。
(3)采用SLM打印成形Ti-2Al-1.5Mn合金，激光功率为300W，扫描速度为700mm/s，层厚为50μm，扫描间距为130μm。
对比实施例
对比实施例1
本实施例与实施例1不同之处在于，本打印成形单质钒层。
一种镍钛合金和钛合金多材料的4D打印方法，采用激光选区熔化(SLM)成形样品，下层打印镍钛合金，上层打印Ti-6Al-4V合金，包括以下步骤：
(1)采用SLM打印成形镍钛合金，激光功率为250W，扫描速度为900mm/s，层厚为25μm，扫描间距为130μm。
(2)采用SLM打印成形Ti-6Al-4V合金，激光功率为275W，扫描速度为750mm/s，层厚为50μm，扫描间距为130μm。
打印得到的多材料镍钛合金/Ti-6Al-4V，如图1所示。
测试实施例
将实施例1和对比实施例1进行拉伸测试，测试结果如图3所示。图中1是对比实施例1的拉伸结果，2是实施例1的拉伸结果。
分析图3可知，采用纯钒中间层后，NiTi合金和Ti-6Al-4V合金的结合效果更好，物理性能有很大的提高。
纯钒的熔点(1910℃左右)高于NiTi合金(1310℃左右)和Ti-6Al-4V合金(1660℃左右)，可以阻止两者的混合，并且与任一合金都不会形成脆性金属间化合物。纯钒与NiTi合金和Ti-6Al-4V合金晶体学相似，可与两种合金混溶。NiTi合金的奥氏体相是立方结构，晶格常数a＝0.3015nm，Ti-6Al-4V合金是体心立方结构，晶格常数a＝0.3232nm，纯钒是立方结构，晶格常数a＝0.3030nm。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种镍钛合金和钛合金多材料的4D打印方法，其特征在于，包括以下步骤，采用选择性激光熔融技术(SLM)打印成型，下层打印镍钛合金，中间打印过渡金属层，上层打印钛合金，过渡金属的熔点高于镍钛合金和钛合金。
2.根据权利要求1所述的4D打印方法，其特征在于，所述钛合金包括TC4钛合金、TC2钛合金、TC1钛合金中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的4D打印方法，其特征在于，所述过渡金属层为单质钒或单质铌。
4.根据权利要求3所述的4D打印方法，其特征在于，所述镍钛合金的打印方法为采用SLM打印成形，激光功率为100W-300W，扫描速度为700mm/s-900mm/s，层厚为20μm-29μm，扫描间距为125-150μm。
5.根据权利要求3所述的4D打印方法，其特征在于，所述过渡金属层的打印方法为，采用SLM打印成形，激光功率为150W-250W，扫描速度为100mm/s-300mm/s，层厚为20μm-29μm，扫描间距为125-150μm。
6.根据权利要求3所述的4D打印方法，其特征在于，所述钛合金的打印方法为采用SLM打印成形，激光功率为200W-350W，扫描速度为500mm/s-800mm/s，层厚为40μm-59μm，扫描间距为125-150μm。
7.根据权利要求5所述的4D打印方法，其特征在于，所述过渡金属层的厚度为0.1-0.5mm。
CN202011352160.4A 2020-11-26 2020-11-26 一种镍钛合金和钛合金多材料的4d打印方法 Pending CN112475318A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011352160.4A CN112475318A (zh) 2020-11-26 2020-11-26 一种镍钛合金和钛合金多材料的4d打印方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011352160.4A CN112475318A (zh) 2020-11-26 2020-11-26 一种镍钛合金和钛合金多材料的4d打印方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112475318A true CN112475318A (zh) 2021-03-12

Family

ID=74935384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011352160.4A Pending CN112475318A (zh) 2020-11-26 2020-11-26 一种镍钛合金和钛合金多材料的4d打印方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112475318A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114309649A (zh) * 2021-12-24 2022-04-12 吉林大学威海仿生研究院 一种通过热处理工艺改善激光选区熔化NiTi合金耐腐蚀性的新方法
CN115229203A (zh) * 2022-06-24 2022-10-25 华中科技大学 一种基于镍钛基合金和钛合金复合材料及其4d打印方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107931840A (zh) * 2017-11-22 2018-04-20 宝鸡文理学院 一种钛镍异质接头激光诱导偏晶及匀晶反应焊接方法
CN108705199A (zh) * 2018-05-28 2018-10-26 江苏大学 一种NiTi和Ti6Al4V异种金属复合焊接方法
CN109570765A (zh) * 2019-01-04 2019-04-05 沈阳工业大学 一种钛合金与镍基高温合金激光增材连接的制造方法
CN109746445A (zh) * 2019-01-28 2019-05-14 华中科技大学 一种适用于4d打印镍钛形状记忆合金的加工方法
CN111074269A (zh) * 2020-01-02 2020-04-28 沈阳中钛装备制造有限公司 一种钛合金耐磨涂层及其制备方法
CN111187945A (zh) * 2020-01-15 2020-05-22 江苏大学 一种含Nb层的TiNb/NiTi记忆材料及制备方法
CN111560611A (zh) * 2020-05-07 2020-08-21 上海交通大学 一种钛合金表面激光熔覆制备镍基涂层的过渡层方法
US20200283879A1 (en) * 2016-07-26 2020-09-10 Verkko Biomedical, LLC Dynamic, non-homogeneous shape memory alloys
CN111842888A (zh) * 2020-06-18 2020-10-30 华中科技大学 一种镍钛基三元形状记忆合金的4d打印方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200283879A1 (en) * 2016-07-26 2020-09-10 Verkko Biomedical, LLC Dynamic, non-homogeneous shape memory alloys
CN107931840A (zh) * 2017-11-22 2018-04-20 宝鸡文理学院 一种钛镍异质接头激光诱导偏晶及匀晶反应焊接方法
CN108705199A (zh) * 2018-05-28 2018-10-26 江苏大学 一种NiTi和Ti6Al4V异种金属复合焊接方法
CN109570765A (zh) * 2019-01-04 2019-04-05 沈阳工业大学 一种钛合金与镍基高温合金激光增材连接的制造方法
CN109746445A (zh) * 2019-01-28 2019-05-14 华中科技大学 一种适用于4d打印镍钛形状记忆合金的加工方法
CN111074269A (zh) * 2020-01-02 2020-04-28 沈阳中钛装备制造有限公司 一种钛合金耐磨涂层及其制备方法
CN111187945A (zh) * 2020-01-15 2020-05-22 江苏大学 一种含Nb层的TiNb/NiTi记忆材料及制备方法
CN111560611A (zh) * 2020-05-07 2020-08-21 上海交通大学 一种钛合金表面激光熔覆制备镍基涂层的过渡层方法
CN111842888A (zh) * 2020-06-18 2020-10-30 华中科技大学 一种镍钛基三元形状记忆合金的4d打印方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHUNSHANG ETC.: "Laser additive manufacturing of TA15-Inconel718 bimetallic structure via Nb/Cu multi-interlayer", 《VACUUM》 *
J.P.OLIVEIRA ETC.: "Laser joining of NiTi to Ti6Al4V usinga Niobium interlayer", 《ACTAMATERIALIA》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114309649A (zh) * 2021-12-24 2022-04-12 吉林大学威海仿生研究院 一种通过热处理工艺改善激光选区熔化NiTi合金耐腐蚀性的新方法
CN114309649B (zh) * 2021-12-24 2024-05-28 吉林大学威海仿生研究院 一种通过热处理工艺改善激光选区熔化NiTi合金耐腐蚀性的方法
CN115229203A (zh) * 2022-06-24 2022-10-25 华中科技大学 一种基于镍钛基合金和钛合金复合材料及其4d打印方法
CN115229203B (zh) * 2022-06-24 2024-03-19 华中科技大学 一种基于镍钛基合金和钛合金复合材料及其4d打印方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101054462B1 (ko) 모재의 강도를 초과하는 접합강도를 갖는, 중간층을 이용한강계열 합금과 티타늄 또는 티타늄계열 합금 간의 고강도 이종금속 접합방법
CN112475318A (zh) 一种镍钛合金和钛合金多材料的4d打印方法
KR101063762B1 (ko) 티타늄 브레이징을 위한 Ｚｒ-Ｔｉ-Ｎｉ(Ｃｕ)계 저융점브레이징 용가재 합금 조성물
WO2005007336A1 (en) Low cost brazes for titanium
JP2011515223A (ja) 鉄−クロム系鑞材
Simões Recent progress in the joining of titanium alloys to ceramics
TW201119785A (en) Iron-chromium based brazing filler metal
Bewerse et al. Microstructure and mechanical properties of as-cast quasibinary NiTi–Nb eutectic alloy
CN113941798A (zh) 高温结构材料用镍基合金钎焊材料及其应用
KR101578458B1 (ko) 티타늄-알루미늄계 금속간화합물 및 이의 제조방법
TIAN et al. Research progress and outlook of metal whisker spontaneous growth on MAX phase substrates
JP6338585B2 (ja) チタンのろう付け及びコーティング適用のための耐腐食性の組成物、及びその適用方法
EP3544764B1 (en) Method for joining and/or repairing substrates of titanium aluminide alloys
Ren et al. Joining of TiAl-based alloy and a Ni-based superalloy with a NiCoFeCuSiB high entropy filler metal
JP3765533B2 (ja) ろう付け用複合材及びそれを用いたろう付け製品
JPH0613743B2 (ja) ニッケル基超合金の固相接合法
CN113528884B (zh) 铜基中间层合金及其制备方法、陶瓷和无氧铜的复合连接件及其焊接方法
Lee et al. Formation of interfacial brittle phases sigma phase and IMC in hybrid titanium-to-stainless steel joint
Li et al. Progress, applications, and perspectives of titanium-based braze filler metal: a review
CN100368589C (zh) 一种镍基非晶合金涂层的制备方法
CN111151864B (zh) 连接钨基粉末合金与低膨胀高温合金的焊接材料和工艺
JP2022095363A (ja) クラッド材および製造方法
Yeh et al. Transient liquid phase metallic bonding of an Inconel 718SPF superalloy
Roy et al. Advancement of brazing filler alloy: An overview
Gale et al. Microstructure and mechanical properties of transient liquid phase bonds between NiAl and a Nickel-Base superalloy

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210312