CN113843419A - 选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法 - Google Patents

选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113843419A
CN113843419A CN202111034733.3A CN202111034733A CN113843419A CN 113843419 A CN113843419 A CN 113843419A CN 202111034733 A CN202111034733 A CN 202111034733A CN 113843419 A CN113843419 A CN 113843419A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fixing
powder
laser melting
gear
selective laser
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
CN202111034733.3A
Other languages
English (en)
Inventor
王东生
高雪松
李�荣
彭丰
肖猛
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.)
Anhui Zhongke Spring Valley Laser Industry Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Anhui Zhongke Spring Valley Laser Industry Technology Research Institute Co Ltd
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 Anhui Zhongke Spring Valley Laser Industry Technology Research Institute Co Ltd filed Critical Anhui Zhongke Spring Valley Laser Industry Technology Research Institute Co Ltd
Priority to CN202111034733.3A priority Critical patent/CN113843419A/zh
Publication of CN113843419A publication Critical patent/CN113843419A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C22C1/058Mixtures of metal powder with non-metallic powder by reaction sintering (i.e. gasless reaction starting from a mixture of solid metal compounds)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C14/00Alloys based on titanium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0047Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
    • C22C32/0052Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/043Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明提供选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法,包括以下步骤:步骤一:以Ti、Ti5Si3和C粉末为原料,利用机械合金化方法得到均匀的混合粉末;步骤二:将步骤一得到粉末利用选区激光熔化(SLM)技术制备得到样品。本发明采用SLM制备得到原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料,将高硬度、耐腐蚀、热稳定性好,但脆性较大的TiC与在高温下能保持高强度和抗氧化,具有自润滑性能及“韧性”陶瓷特性的三元层状六方结构化合物Ti3SiC2复合,将有效发挥二种增强相各自的优势,从而使钛基复合材料耐磨减摩一体化,获得良好的综合性能,将有效克服钛基合金摩擦系数高、耐磨性差、高温抗氧化性能低等缺点,从而扩大其应用范围。

Description

选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的 方法
技术领域
本发明涉及激光增材技术领域,尤其涉及选区激光熔化制备原位生成 TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法。
背景技术
传统制造技术制备航空航天复杂结构零部件存在加工难、制造周期长、成本高等问题。选区激光熔化(selectivelasermelting,SLM)是增材制造(AM) 技术的关键工艺之一,为航空航天复杂结构件的制造开辟了全新的发展方向和途径,SLM制造复杂结构零件拥有传统制造技术无法比拟的优势而受到广泛关注与研究,因此在航空航天、生物医疗、模具制造等领域有比较广泛的开发和应用。常用于SLM的材料体系主要有镍基合金、钛合金、铝合金、铁基合金、铜合金等。金属间化合物、高性能高温合金、高熔点难熔金属、复合材料等是SLM成形难度较高的材料,相关工艺及性能研究是该领域的热点方向之一。
钛合金具有比强度高、耐热性好、耐腐蚀性强等一系列优点,被广泛应用于航空、航天、国防、汽车等工业尖端领域。然而,由于其摩擦系数高、耐磨性差、高温抗氧化性能低等缺点,限制了它在摩擦结构特别是作为耐磨运动副部件的应用。采用SLM制备颗粒增强复合钛合金材料是扩展其应用范围的有效途径,相对与外加颗粒增强,原位生成颗粒增强复合材料具有更好的性能。
TiC具有高硬度、耐腐蚀、热稳定性好的特点,但TiC的脆性较大。Ti3SiC2属六方晶系,是一种三元层状碳化物,具有高熔点(3200℃)、高热稳定性,低于1800℃在真空或氢气中不分解,是典型的同时具有金属和陶瓷性能的新型陶瓷材料,同时因其具有的层状结构,在磨损时能起到良好的润滑性能。因此引入Ti3SiC2这种“韧性”陶瓷,Ti3SiC2在高温下能保持高强度,耐高温等特性,将Ti3SiC2与TiC材料复合,将有效发挥两种材料各自的优势,从而获得良好的综合性能。
已有以Ti、Si、C混合粉末为原材料,采用激光熔覆工艺制备TiC+Ti3SiC2增强复合涂层的报道,但还没有采用SLM制备备TiC+Ti3SiC2增强复合的相关报道。另外Si元素熔点较低,只有1410℃,在激光熔覆的高温作用下,容易发生挥发使Si的含量减少,因此采用高熔点的硅化物粉末,在高温下分解生成Si来参与反应或硅化物直接参与反应将取得更好的效果。如果以Ti、Ti5Si3和C混合粉末为原料,在SLM成型过程中可能发生的化学反应有:
Ti+C→TiC,ΔG=-170.64kJ (1)
Ti5Si3+4TiC+2C→3Ti3SiC2,ΔG=-404.23kJ (2)
(1)、(2)式2组反应的吉布斯自由能都小于0,说明2组反应都可以发生,而且更倾向于合成Ti3SiC2的反应,如果相对Si,材料中富Ti和C,则除了生成Ti3SiC2外,还会有富余TiC的生成,从而获得原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料SLM成型件。另外增强相分布的均匀性及尺寸对SLM钛基复合材料性能也有很大的影响,因此既要实现粉末均匀混合,又不能破坏Ti母相的球形度,影响粉末流动性从而影响铺粉均匀性。
传统制造技术制备航空航天复杂结构零部件存在加工难、制造周期长、成本高等问题。选区激光熔化是增材制造(AM)技术的关键工艺之一,为航空航天复杂结构件的制造开辟了全新的发展方向和途径,SLM制造复杂结构零件拥有传统制造技术无法比拟的优势而受到广泛关注与研究,因此在航空航天、生物医疗、模具制造等领域有比较广泛的开发和应用。常用于SLM的材料体系主要有镍基合金、钛合金、铝合金、铁基合金、铜合金等。金属间化合物、高性能高温合金、高熔点难熔金属、复合材料等是SLM成形难度较高的材料,相关工艺及性能研究是该领域的热点方向之一。TiC具有高硬度、耐腐蚀、热稳定性好的特点,但TiC的脆性较大。Ti3SiC2属六方晶系,是一种三元层状碳化物,具有高熔点(3200℃)、高热稳定性,低于1800℃在真空或氢气中不分解,是典型的同时具有金属和陶瓷性能的新型陶瓷材料,同时因其具有的层状结构,在磨损时能起到良好的润滑性能。因此引入Ti3SiC2这种“韧性”陶瓷,Ti3SiC2在高温下能保持高强度,耐高温等特性,将Ti3SiC2与TiC 材料复合,将有效发挥两种材料各自的优势,从而获得良好的综合性能。
当使用选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的过程中,需要将Ti、Ti5Si3和C粉末放入球磨机的内部进行研磨得到均匀的混合粉末,但是球磨机研磨过程中造成的温度不断上升,高温降低了球磨机的使用寿命和研磨效率。
因此,有必要提供一种新的选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法解决上述技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种使球磨机在运行时快速散热的选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法。
为解决上述技术问题,本发明提供的选区激光熔化制备原位生成 TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法,该方法包括以下步骤:
步骤一:以Ti、Ti5Si3和C粉末为原料,利用球磨机得到均匀的混合粉末;
步骤二:将步骤一得到粉末利用选区激光熔化技术制备得到样品。
所述步骤一中所述Ti粉末为纯Ti粉末或Ti基合金粉末;步骤一中所述原始粉末的粒径为15-53um,步骤一中所述Ti5Si3粉末的质量分数为3%-18%,C 粉末的质量分数为1%-9%,同时C与Ti5Si3粉末的质量与介于1:3-1:2之间。
所述球磨机包括主体;
驱动机构,所述驱动机构固定于所述主体的底端;
固定机构,所述固定机构安装于所述驱动机构的顶端;
研磨机构,所述研磨机构滑动连接所述固定机构的内部;
散热机构,所述散热机构包括固定板、固定杆、喷头、连接杆、固定环和扇叶,所述主体的内部安装工字型的所述固定杆,所述固定杆的顶端固定连接所述固定板;所述固定板的顶端固定连接所述固定环,所述固定环转动连接所述驱动机构的内部;所述驱动机构的侧壁安装所述扇叶,所述扇叶转动连接所述固定板的内部;所述驱动机构的侧壁安装所述喷头和所述连接杆,所述连接杆连通所述喷头;
限位机构,所述限位机构连接所述研磨机构和和所述固定机构。
优选的,步骤二中选区激光熔化时,成形舱体内使用Ar气体保护并维持氧含量小于3000ppm,基板温度大于80度,光斑直径60-100um,激光功率 150-500W,扫描速度600-2000mm/s,铺粉层厚30-50um。
优选的,所述驱动机构包括电机、第一齿轮、第二齿轮和底盘,所述主体的底端安装所述电机,所述主体的内部安装所述底盘,所述底盘的内部转动连接所述第一齿轮和所述第二齿轮,所述第一齿轮的两端分别啮合所述第二齿轮,且所述第一齿轮连接所述电机,所述第一齿轮的直径大于所述第二齿轮的直径,且所述底盘的顶面安装所述固定杆。
优选的,所述固定机构包括固定轴、支撑板、安装板和支撑杆,所述第二齿轮的内部固定连接所述固定轴,所述固定轴的顶端固定连接所述安装板,所述安装板的侧壁边缘处对称固定连接所述支撑杆,且所述支撑杆的顶端固定连接侧壁为弧形的所述支撑板。
优选的,所述研磨机构包括筒体、筒盖和研磨球,所述支撑板的内部滑动连接所述筒体,所述筒体的内部滑动连接所述研磨球,且所述筒体的内部与所述筒盖之间螺纹连接。
优选的,所述限位机构包括第一滑槽、限位杆、限位块、加固杆、凸块、销钉和第二滑槽,所述支撑板的侧壁设有所述第一滑槽和所述第二滑槽,所述第二滑槽的内部滑动连接所述凸块,且所述凸块固定于所述筒体的侧壁;所述筒盖的内部转动连接所述加固杆,所述加固杆的侧壁安装所述限位杆,所述第一滑槽的内部滑动连接所述限位杆;所述支撑板的顶端对称安装所述限位块,所述销钉贯穿所述限位块和所述限位杆。
优选的,所述固定轴的侧壁固定连接所述扇叶,所述固定环转动连接所述安装板的内部,且所述安装板的侧壁安装所述喷头和中空圆台形的所述连接杆。
与相关技术相比较,本发明提供的选区激光熔化制备原位生成 TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法具有如下有益效果:
(1)通过采用Ti5Si3硅化物粉末替代Si粉末作为SLM材料,有效解决了低熔点Si在SLM成型过程的高温作用下容易发生挥发问题。
(2)本发明所述的选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法,通过优选Ti5Si3与C的配比,相对于Si,使材料中富C,在 SLM成型过程中,除了原位反应生成Ti3SiC2增强相外,同时原位反应生成TiC 增强相,获得TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料。将高硬度、耐腐蚀、热稳定性好,但脆性较大的TiC与在高温下能保持高强度和抗氧化,具有自润滑性能及“韧性”陶瓷特性的三元层状六方结构化合物Ti3SiC2复合,有效发挥二种增强相各自的优势,从而使钛基复合材料耐磨减摩一体化,获得良好的综合性能,有效克服钛基合金摩擦系数高、耐磨性差、高温抗氧化性能低等缺点,扩大其应用范围。
(3)本发明提供选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法,当Ti、Ti5Si3和C粉末在所述研磨机构的内部进行研磨时,所述驱动机构带动所述固定机构和所述研磨机构在所述主体的内部不断转动,原料在所述研磨机构的内部不断进行研磨使所述研磨机构表面的温度不断升高,此时所述驱动机构带动所述扇叶在漏斗形的所述固定板的内部不断快速转动,所述扇叶带动空气不断进入所述固定板的内部,且所述固定环阻挡快速运动的空气从所述固定板中吹出,使空气通过漏斗形的所述连接杆进入所述喷头的内部,风从所述喷头向上倾斜快速喷出,所述研磨机构的底端为半球形,使从所述喷头喷出倾斜的风吹向所述研磨机构的底端,使风从半球形的所述研磨机构的侧壁吹过向上运动,使风沿着所述研磨机构的侧壁向上运动,从而使风快速带走所述研磨机构侧壁的热量,避免所述研磨机构侧壁的温度过高。
附图说明
图1为本发明提供的选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法的球磨机结构示意图;
图2为图1所示的筒体结构俯视图;
图3为图1所示的固定板内部结构示意图;
图4为图2所示的筒体内部结构示意图;
图5为本发明经行星球磨后的混合粉末形貌;
图6为本发明制得的SLM样品实物照片;
图7为本发明制得的SLM样品组织形貌。
图中标号:1、主体,2、驱动机构,21、电机,22、第一齿轮,23、第二齿轮,24、底盘,3、固定机构,31、固定轴,32、支撑板,33、安装板,34、支撑杆,4、散热机构,41、固定板,42、固定杆,43、喷头,44、连接杆, 45、固定环,46、扇叶,5、研磨机构,51、筒体,52、筒盖,53、研磨球,6、限位机构,61、第一滑槽,62、限位杆,63、限位块,64、加固杆,65、凸块, 66、销钉,67、第二滑槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1、图2、图3和图4,其中,选区激光熔化制备原位生成 TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法,该方法包括以下步骤:
步骤一:以Ti、Ti5Si3和C粉末为原料,利用球磨机得到均匀的混合粉末;
步骤二:将步骤一得到粉末利用选区激光熔化技术制备得到样品。
具体的,所述步骤一中所述Ti粉末为纯Ti粉末或Ti基合金粉末;步骤一中所述原始粉末的粒径为15-53um,步骤一中所述Ti5Si3粉末的质量分数为 3%-18%,C粉末的质量分数为1%-9%,同时C与Ti5Si3粉末的质量与介于1: 3-1:2之间。
步骤二中选区激光熔化时,成形舱体内使用Ar气体保护并维持氧含量小于3000ppm,基板温度大于80度,光斑直径60-100um,激光功率150-500W,扫描速度600-2000mm/s,铺粉层厚30-50um。
所述的球磨机包括:主体1;驱动机构2,所述驱动机构2固定于所述主体1的底端;固定机构3,所述固定机构3安装于所述驱动机构2的顶端;研磨机构5,所述研磨机构5滑动连接所述固定机构3的内部;散热机构4,所述散热机构4包括固定板41、固定杆42、喷头43、连接杆44、固定环45和扇叶46,所述主体1的内部安装工字型的所述固定杆42,所述固定杆42的顶端固定连接所述固定板41;所述固定板41的顶端固定连接所述固定环45,所述固定环45转动连接所述驱动机构2的内部;所述驱动机构2的侧壁安装所述扇叶46,所述扇叶46转动连接所述固定板41的内部;所述驱动机构2的侧壁安装所述喷头43和所述连接杆44,所述连接杆44连通所述喷头43;限位机构6,所述限位机构6连接所述研磨机构5和和所述固定机构3。
所述驱动机构2包括电机21、第一齿轮22、第二齿轮23和底盘24,所述主体1的底端安装所述电机21,所述主体1的内部安装所述底盘24,所述底盘24的内部转动连接所述第一齿轮22和所述第二齿轮23,所述第一齿轮 22的两端分别啮合所述第二齿轮23,且所述第一齿轮22连接所述电机21;且所述底盘24的顶面安装所述固定杆42,为了方便打开所述电机21,使所述电机21带动所述第一齿轮22转动,所述第一齿轮22推动所述第二齿轮23 在所述底盘24的内部转动,所述第一齿轮22的直径大于所述第二齿轮23的直径,使所述第二齿轮23的转速大于所述第一齿轮22的转速,增加所述研磨机构5的转速。
所述固定机构3包括固定轴31、支撑板32、安装板33和支撑杆34,所述第二齿轮23的内部固定连接所述固定轴31,所述固定轴31的顶端固定连接所述安装板33,所述安装板33的侧壁边缘处对称固定连接所述支撑杆34,且所述支撑杆34的顶端固定连接侧壁为弧形的所述支撑板32。所述研磨机构 5包括筒体51、筒盖52和研磨球53,所述支撑板32的内部滑动连接所述筒体51,所述筒体51的内部滑动连接所述研磨球53,且所述筒体51的内部与所述筒盖52之间螺纹连接。所述限位机构6包括第一滑槽61、限位杆62、限位块63、加固杆64、凸块65、销钉66和第二滑槽67,所述支撑板32的侧壁设有所述第一滑槽61和所述第二滑槽67,所述第二滑槽67的内部滑动连接所述凸块65,且所述凸块65固定于所述筒体51的侧壁;所述筒盖52的内部转动连接所述加固杆64,所述加固杆64的侧壁安装所述限位杆62,所述第一滑槽61的内部滑动连接所述限位杆62;所述支撑板32的顶端对称安装所述限位块63,所述销钉66贯穿所述限位块63和所述限位杆62,为了方便将原料放入所述筒体51的内部,使所述筒盖52将所述筒体51的顶端封闭,移动所述筒体51,使所述筒体51侧壁的所述凸块65进入所述第二滑槽67的内部,使所述筒体51向下运动进入所述支撑板32的内部,转动所述加固杆64,所述加固杆64在所述筒盖52的侧壁转动,使所述加固杆64侧壁的所述限位杆62与所述第一滑槽61对准,向下滑动所述筒体51,使所述限位杆62向下运动进入所述第一滑槽61的内部,使所述限位杆62运动抵触所述第一滑槽61 的底端,所述限位杆62与所述限位块63对准,使用所述销钉66贯穿所述限位块63和所述限位杆62,将所述限位杆62和所述筒体51固定在所述支撑板 32的内部;所述第二齿轮23带动所述固定轴31、所述安装板33、所述支撑杆34、所述支撑板32和所述筒体51快速转动,使所述筒体51内部的所述研磨球53不断转动研磨原料。
所述固定轴31的侧壁固定连接所述扇叶46,所述固定环45转动连接所述安装板33的内部,且所述安装板33的侧壁安装所述喷头43和中空圆台形的所述连接杆44,为了方便所述固定轴31带动所述扇叶46在所述固定板41 的内部转动,使空气在所述固定板41的内部向上运动进入所述连接杆44和所述喷头43的内部。
本发明提供的选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法的工作原理如下:将Ti、Ti5Si3和C粉末放入所述筒体51的内部,使所述筒盖52将所述筒体51的顶端封闭,移动所述筒体51,使所述筒体51侧壁的所述凸块65进入所述第二滑槽67的内部,使所述筒体51向下运动进入所述支撑板32的内部,转动所述加固杆64,所述加固杆64在所述筒盖52的侧壁转动,使所述加固杆64侧壁的所述限位杆62与所述第一滑槽61对准,向下滑动所述筒体51,使所述限位杆62向下运动进入所述第一滑槽61的内部,使所述限位杆62运动抵触所述第一滑槽61的底端,所述限位杆62与所述限位块63对准,使用所述销钉66贯穿所述限位块63和所述限位杆62,将所述限位杆62和所述筒体51固定在所述支撑板32的内部。将所述电机21 外接电源,打开所述电机21,所述电机21带动所述第一齿轮22转动,所述第一齿轮22推动所述第二齿轮23在所述底盘24的内部转动,所述第二齿轮 23带动所述固定轴31、所述安装板33、所述支撑杆34、所述支撑板32和所述筒体51快速转动,且所述第一齿轮22的直径大于所述第二齿轮23的直径,使所述第二齿轮23的转速大于所述第一齿轮22的转速,增加所述研磨机构5 的转速,使所述筒体51内部的所述研磨球53不断转动研磨原料。在所述固定轴31转动时,所述固定轴31带动所述扇叶46在漏斗形的所述固定板41的内部不断快速转动,所述扇叶46带动空气不断进入所述固定板41的内部,所述固定杆42将所述固定板41固定在所述主体1的内部,且所述安装板33在所述固定环45的侧壁转动,使所述固定环45阻挡快速运动的空气从所述固定板 41中吹出,使空气通过漏斗形的所述连接杆44进入所述喷头43的内部,风从所述喷头43向上倾斜快速喷出,所述筒体51的底端为半球形,使从所述喷头43喷出倾斜的风吹向所述筒体51的底端,使风从半球形的所述筒体51的侧壁吹过向上运动,使风沿着所述筒体51的侧壁向上运动,从而使风快速带走所述筒体51侧壁的热量,避免所述筒体51侧壁的温度过高,便于原料在所述筒体51内部进行研磨。
实施例:
以TC4钛合金(Ti-6Al-4V)、Ti5Si3和C粉末为原料,利用机械合金化方法得到均匀的混合粉末,其中TC4、Ti5Si3和C粉末质量比为84:9:5,行星球磨机主盘转速为200r/min,星盘旋转方向与主盘相反,转速为100r/min,球磨时间2h,混合粉末形貌如图5所示。
用三维软件实现典型增材制造零件的建模,并生成STL文件,然后用MaterialiseMagics及AutoFab软件实现打印零件加支撑及切片(设置激光功率、扫描速度、成型厚度、扫描轨迹等工艺参数)过程;成型前混合粉末经真空干燥箱预热后,采用NCL-M2150T选区激光熔化SLM装备成型,成形舱体内使用Ar气体保护并维持氧含量为2000ppm,基板温度100度,光斑直径80um,铺粉层厚40um,激光功率200W,250W,300W,扫描速度900mm/s,1200mm/s, 1500mm/s进行正交试验,图6为SLM样品实物照片。图7为SLM样品典型组织形貌,其中枝晶为TiC增强相,板条状的为Ti3SiC2增强相,母相为TC4 钛合金,获得原位生成TiC+Ti3SiC2增强TC4钛合金复合材料。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一:以Ti、Ti5Si3和C粉末为原料,利用球磨机得到均匀的混合粉末;
步骤二:将步骤一得到粉末利用选区激光熔化技术制备得到样品。
2.根据权利要求1所述的选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法,其特征在于,所述步骤一中所述Ti粉末为纯Ti粉末或Ti基合金粉末;步骤一中所述原始粉末的粒径为15-53um,步骤一中所述Ti5Si3粉末的质量分数为3%-18%,C粉末的质量分数为1%-9%,同时C与Ti5Si3粉末的质量与介于1:3-1:2之间。
3.根据权利要求1所述的选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法,其特征在于,所述球磨机包括主体(1);
驱动机构(2),所述驱动机构(2)固定于所述主体(1)的底端;
固定机构(3),所述固定机构(3)安装于所述驱动机构(2)的顶端;
研磨机构(5),所述研磨机构(5)滑动连接所述固定机构(3)的内部;
散热机构(4),所述散热机构(4)包括固定板(41)、固定杆(42)、喷头(43)、连接杆(44)、固定环(45)和扇叶(46),所述主体(1)的内部安装工字型的所述固定杆(42),所述固定杆(42)的顶端固定连接所述固定板(41);所述固定板(41)的顶端固定连接所述固定环(45),所述固定环(45)转动连接所述驱动机构(2)的内部;所述驱动机构(2)的侧壁安装所述扇叶(46),所述扇叶(46)转动连接所述固定板(41)的内部;所述驱动机构(2)的侧壁安装所述喷头(43)和所述连接杆(44),所述连接杆(44)连通所述喷头(43);
限位机构(6),所述限位机构(6)连接所述研磨机构(5)和和所述固定机构(3)。
4.根据权利要求1所述的选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法,其特征在于,步骤二中选区激光熔化时,成形舱体内使用Ar气体保护并维持氧含量小于3000ppm,基板温度大于80度,光斑直径60-100um,激光功率150-500W,扫描速度600-2000mm/s,铺粉层厚30-50um。
5.根据权利要求3所述的选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法,其特征在于,所述驱动机构(2)包括电机(21)、第一齿轮(22)、第二齿轮(23)和底盘(24),所述主体(1)的底端安装所述电机(21),所述主体(1)的内部安装所述底盘(24),所述底盘(24)的内部转动连接所述第一齿轮(22)和所述第二齿轮(23),所述第一齿轮(22)的两端分别啮合所述第二齿轮(23),且所述第一齿轮(22)连接所述电机(21),所述第一齿轮(22)的直径大于所述第二齿轮(23)的直径,且所述底盘(24)的顶面安装所述固定杆(42)。
6.根据权利要求5所述的选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法,其特征在于,所述固定机构(3)包括固定轴(31)、支撑板(32)、安装板(33)和支撑杆(34),所述第二齿轮(23)的内部固定连接所述固定轴(31),所述固定轴(31)的顶端固定连接所述安装板(33),所述安装板(33)的侧壁边缘处对称固定连接所述支撑杆(34),且所述支撑杆(34)的顶端固定连接侧壁为弧形的所述支撑板(32)。
7.根据权利要求6所述的选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法,其特征在于,所述研磨机构(5)包括筒体(51)、筒盖(52)和研磨球(53),所述支撑板(32)的内部滑动连接所述筒体(51),所述筒体(51)的内部滑动连接所述研磨球(53),且所述筒体(51)的内部与所述筒盖(52)之间螺纹连接。
8.根据权利要求7所述的选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法,其特征在于,所述限位机构(6)包括第一滑槽(61)、限位杆(62)、限位块(63)、加固杆(64)、凸块(65)、销钉(66)和第二滑槽(67),所述支撑板(32)的侧壁设有所述第一滑槽(61)和所述第二滑槽(67),所述第二滑槽(67)的内部滑动连接所述凸块(65),且所述凸块(65)固定于所述筒体(51)的侧壁;所述筒盖(52)的内部转动连接所述加固杆(64),所述加固杆(64)的侧壁安装所述限位杆(62),所述第一滑槽(61)的内部滑动连接所述限位杆(62);所述支撑板(32)的顶端对称安装所述限位块(63),所述销钉(66)贯穿所述限位块(63)和所述限位杆(62)。
9.根据权利要求8所述的选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法,其特征在于,所述固定轴(31)的侧壁固定连接所述扇叶(46),所述固定环(45)转动连接所述安装板(33)的内部,且所述安装板(33)的侧壁安装所述喷头(43)和中空圆台形的所述连接杆(44)。
CN202111034733.3A 2021-09-04 2021-09-04 选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法 Pending CN113843419A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111034733.3A CN113843419A (zh) 2021-09-04 2021-09-04 选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111034733.3A CN113843419A (zh) 2021-09-04 2021-09-04 选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113843419A true CN113843419A (zh) 2021-12-28

Family

ID=78973311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111034733.3A Pending CN113843419A (zh) 2021-09-04 2021-09-04 选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113843419A (zh)

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB191419982A (en) * 1914-09-19 1915-09-20 Edward Francis Mccool Improvements in Grinding Mills.
GB831688A (en) * 1955-05-27 1960-03-30 Nordberg Manufacturing Co Improvements in or relating to ball mills
CN102102156A (zh) * 2011-03-29 2011-06-22 中南大学 一种多相颗粒增强的粉末冶金钛基复合材料及其制备方法
CN104018155A (zh) * 2014-06-06 2014-09-03 江苏大学 在钛金属表面制备Ti-Si-C涂层的方法
CN104294075A (zh) * 2014-11-07 2015-01-21 哈尔滨工业大学 一种两级网状结构钛基复合材料及其制备方法
CN105463222A (zh) * 2015-12-01 2016-04-06 太原理工大学 一种原位自生TiC-Ti5Si3颗粒增强钛基复合材料的制备方法
CN107986808A (zh) * 2017-12-08 2018-05-04 扬州大学 一种原位混杂碳纳米管增强陶瓷基复合材料制备方法
CN108004426A (zh) * 2017-11-16 2018-05-08 淮阴工学院 一种双相原位纳米增强钛基复合材料及其制备方法
CN108465814A (zh) * 2018-03-29 2018-08-31 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 原位合成TiC增强钛基复合材料的激光制备装置及方法
CN109943786A (zh) * 2019-05-06 2019-06-28 哈尔滨工业大学 一种基于选区激光熔化3d打印制备钛基纳米复合材料的方法
CN110140862A (zh) * 2019-05-23 2019-08-20 安徽燕之坊食品有限公司 一种玉米片加工设备
CN110423910A (zh) * 2019-08-30 2019-11-08 上海工程技术大学 高温钛合金为基体的钛基复合材料构件的激光增材制造方法
CN111646799A (zh) * 2020-05-10 2020-09-11 华北理工大学 一种燃烧法制备Tin+1ACn材料的方法
CN112030037A (zh) * 2020-08-07 2020-12-04 南京航空航天大学 一种耐磨损梯度界面复相增强钛合金材料及其制备方法
CN112144007A (zh) * 2020-09-14 2020-12-29 昆明理工大学 一种原位反应生成的梯度耐磨涂层及其制备方法
CN112757146A (zh) * 2020-12-30 2021-05-07 杨明芹 一种同步散热式离心研磨机

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB191419982A (en) * 1914-09-19 1915-09-20 Edward Francis Mccool Improvements in Grinding Mills.
GB831688A (en) * 1955-05-27 1960-03-30 Nordberg Manufacturing Co Improvements in or relating to ball mills
CN102102156A (zh) * 2011-03-29 2011-06-22 中南大学 一种多相颗粒增强的粉末冶金钛基复合材料及其制备方法
CN104018155A (zh) * 2014-06-06 2014-09-03 江苏大学 在钛金属表面制备Ti-Si-C涂层的方法
CN104294075A (zh) * 2014-11-07 2015-01-21 哈尔滨工业大学 一种两级网状结构钛基复合材料及其制备方法
CN105463222A (zh) * 2015-12-01 2016-04-06 太原理工大学 一种原位自生TiC-Ti5Si3颗粒增强钛基复合材料的制备方法
CN108004426A (zh) * 2017-11-16 2018-05-08 淮阴工学院 一种双相原位纳米增强钛基复合材料及其制备方法
CN107986808A (zh) * 2017-12-08 2018-05-04 扬州大学 一种原位混杂碳纳米管增强陶瓷基复合材料制备方法
CN108465814A (zh) * 2018-03-29 2018-08-31 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 原位合成TiC增强钛基复合材料的激光制备装置及方法
CN109943786A (zh) * 2019-05-06 2019-06-28 哈尔滨工业大学 一种基于选区激光熔化3d打印制备钛基纳米复合材料的方法
CN110140862A (zh) * 2019-05-23 2019-08-20 安徽燕之坊食品有限公司 一种玉米片加工设备
CN110423910A (zh) * 2019-08-30 2019-11-08 上海工程技术大学 高温钛合金为基体的钛基复合材料构件的激光增材制造方法
CN111646799A (zh) * 2020-05-10 2020-09-11 华北理工大学 一种燃烧法制备Tin+1ACn材料的方法
CN112030037A (zh) * 2020-08-07 2020-12-04 南京航空航天大学 一种耐磨损梯度界面复相增强钛合金材料及其制备方法
CN112144007A (zh) * 2020-09-14 2020-12-29 昆明理工大学 一种原位反应生成的梯度耐磨涂层及其制备方法
CN112757146A (zh) * 2020-12-30 2021-05-07 杨明芹 一种同步散热式离心研磨机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jue et al. Microstructure evolution and mechanical properties of Al-Al2O3 composites fabricated by selective laser melting
Novoselova et al. Formation of TiAl intermetallics by heat treatment of cold-sprayed precursor deposits
EP1657317B1 (en) Article having a dispersion of ultrafine titanium boride particles in a titanium-base matrix
CN109943786A (zh) 一种基于选区激光熔化3d打印制备钛基纳米复合材料的方法
US10695839B2 (en) Method for producing spray powders containing chromium nitride
CN110744058A (zh) 一种原位合成铜基复合材料的制备方法
CN109097657B (zh) 一种Mo纳米颗粒增强CoCrNi中熵合金复合材料及其制备方法
CN110744047A (zh) 一种铝基复合材料的制备方法
CN102787252B (zh) 原位制备TiB2增强铝基复合材料的方法
JP5753304B1 (ja) セラミックスナノ粒子が担持されたアルミニウム又はアルミニウム合金粉体及びそれを用いたセラミックス−アルミニウム系複合材料、並びに、その粉体の製造方法
CA3039936A1 (en) Metal powder for additive manufacturing metal laminate and metal additive manufactured object manufactured using said metal powder
US10752999B2 (en) High strength aerospace components
US9890442B1 (en) Method of preparing a metal matrix nanocomposite
CN110724885B (zh) 一种大尺寸轻质镁铝基非晶合金的制备方法
Zhao et al. The formation mechanism of TiC/Ni composites fabricated by pressureless reactive sintering
CN113843419A (zh) 选区激光熔化制备原位生成TiC+Ti3SiC2增强钛基复合材料的方法
CN106676520A (zh) 一种用于铜基体表面的激光熔覆材料及其应用
CN108251670A (zh) 耐高温金属间化合物合金的制备方法
CN114250458A (zh) 一种Cu/Ti3SiC2金属基陶瓷复合材料的冷喷涂制备方法
CN109321787B (zh) 一种铝基复合材料的制备方法
Amosov et al. Applying Infiltration Processes and Self-Propagating High-Temperature Synthesis for Manufacturing Cermets: А Review
RU2640055C1 (ru) Металлокерамический композит и способ его получения (варианты)
CN110923493B (zh) 一种孔结构SiC/Al复合材料的制备工艺
CN103122426B (zh) 一种钛基粉末冶金刹车盘材料及其制造方法
Chen et al. Experimental study on Ni-base alloy bulk reinforced by laser sintered WC particles

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20211228