CN116037958A - 仿鱼鳍高强高韧航空壳体、航空材料及其制备方法 - Google Patents

仿鱼鳍高强高韧航空壳体、航空材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116037958A
CN116037958A CN202211733288.4A CN202211733288A CN116037958A CN 116037958 A CN116037958 A CN 116037958A CN 202211733288 A CN202211733288 A CN 202211733288A CN 116037958 A CN116037958 A CN 116037958A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fin
powder
tial
based superalloy
toughness
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.)
Granted
Application number
CN202211733288.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116037958B (zh
Inventor
舒世立
杨冶鑫
花若茜
张俊秋
韩志武
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.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
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 Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN202211733288.4A priority Critical patent/CN116037958B/zh
Publication of CN116037958A publication Critical patent/CN116037958A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116037958B publication Critical patent/CN116037958B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • 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
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/12—Metallic powder containing non-metallic particles
    • 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
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • 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
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/66—Treatment of workpieces or articles after build-up by mechanical means
    • 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
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • 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
    • B22F7/06—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 workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • 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
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • 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
    • 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
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-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
    • C22C32/0047—Non-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
    • C22C32/0052—Non-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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-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
    • C22C32/0047—Non-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
    • C22C32/0073—Non-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 borides
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction

Landscapes

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

Abstract

本发明属于航空材料技术领域，涉及仿鱼鳍高强高韧航空壳体、航空材料及其制备方法，具体方法是利用激光增材制造技术打印Ni基高温合金框架结构作为支鳍骨鳍条结构，将Ti‑Al‑NMe体系的混合粉末填入增材制造Ni基高温合金框架中，采用快速热压烧结层压技术，最终制得一种高强高韧的仿鱼鳍航空材料。本发明通过将激光增材制造技术和热压烧结技术结合，仿鱼鳍结构和鳍骨的生长方式，使得所得材料具有高硬度、高强韧性、强抗冲击能力和强抗疲劳性能，为航空应用领域提供了新方案。

Description

仿鱼鳍高强高韧航空壳体、航空材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于航空材料技术领域，具体涉及仿鱼鳍高强高韧航空壳体、航空材料及其制备方法。
背景技术：
TiAl基合金是一种极具竞争力的新型轻质高温结构材料，其具有低密度(密度仅为Ni基高温合金的50％)、高熔点、高比强度、高比模量等特性，同时在高温下还具有优异的抗氧化和抗蠕变性能，且有望替代传统的Ni基高温合金，在航空航天领域具有广阔的发展潜力和应用前景。但从可加工性和经济性来说，单一的采用TiAl基合金加工整体构件使用是不现实的。将TiAl合金与Ni基高温合金连接到一起，将二者复合使用，既可具有两者的优点，又能大量节约珍贵的钛资源，可以很好的发挥两种材料在节约资源与提高性能上的优势互补。将Ni基高温合金和TiAl基合金有效连接，是拓展TiAl基合金在航空航天领域中应用的关键，然而由于两种材料存在物理性能、化学性能和力学特性能等方面存在诸多差异，从而使得焊接质量很难达到使用要求。国内外许多学者对TiAl合金与Ni基高温合金的连接进行了许多研究探索，直接进行二者的扩散连接时，会生成大量Ti-Ni-Al三元金属间化合物，这些化合物的存在使接头强度较低。
鳍是鱼类特有的外部器官，能起到保持稳定、维持平衡、控制方向的作用。其中尾鳍还能通过摆动产生前进的推力，甚至是部分鱼能利用尾鳍的做防御武器和捕食工具。鱼鳍不含肌肉组织，却异常灵活，而且在保证一定强度的同时拥有非常好的韧性。鱼类通过控制鱼鳍，可以轻易地实现加速、体态变化。鱼鳍由属于内骨骼的支鳍骨和鳍条组成，外附肌肉、皮肤。每一鳍条由左右两条合成，其中支鳍骨位于鳍的基部，起支持鳍的作用；鳍条与支鳍骨相接，露在体外。
发明内容：
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供仿鱼鳍高强高韧航空壳体、航空材料及其制备方法，应用仿鱼鳍结构，用硬相材料制备成仿支鳍骨鳍条结构，再填充低密度的轻质软相TiAl材料作为鳍肌肉鳍皮肤，得到仿鱼鳍高强高韧TiAl航空材料。
第一方面，为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种仿鱼鳍高强高韧航空壳体，所述壳体全部或者部分材料结构为：
Ni基高温合金框架；
TiAl基复合材料粉料填充至Ni基高温合金框架内；
Ni基高温合金框架由以下任一种方式组成：
Ni基高温合金框架的截面包括若干单元组成，所述单元包括处于横向的至少一个第一连接部，处于纵向的至少一个第二连接部，第二连接部均以第一连接部连接点为起始端向同侧延伸；
第一连接部以及第二连接部外表面包裹Ti粉末；
第一连接部轮廓为仿鱼鳍的支鳍骨状；
第二连接部为仿鱼鳍的鳍条状。
进一步地，TiAl基复合材料为Ti-Al-NMe体系，NMe为C、Si、B中的一种或多种。
进一步地，TiAl基复合材料为Ti2AlC、Ti5Si3、TiB2陶瓷颗粒的一种或多种。
第二方面，为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种仿鱼鳍高强高韧航空材料的制备方法，包括以下步骤：
打印出具有支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架；
Ti粉层包覆支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架的表面；
支鳍骨的Ni基高温合金骨架呈横向布置，鳍条结构的Ni基高温合金骨架呈纵向布置，鳍条结构的Ni基高温合金骨架均以支鳍骨的Ni基高温合金骨架的连接点为起始端向同侧延伸；
TiAl基复合材料粉料填充至支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架内；
将填充有TiAl基复合材料的支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架快速热压烧结炉中，经过热压烧结，最终得到仿鱼鳍高强高韧航空材料。
进一步地，处于支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架底端的TiAl基复合材料粉料厚度为3～5mm。
进一步地，高于支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架顶端面的TiAl基复合材料粉料厚度为3～5mm。
进一步地，TiAl基复合材料为Ti-Al-NMe体系，NMe为C、Si、B中的一种或多种。
进一步地，TiAl基复合材料为Ti2AlC、Ti5Si3、TiB2陶瓷颗粒的一种或多种。
第三方面，为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种仿鱼鳍高强高韧航空材料的制备方法，包括以下步骤：
1)在模具底部铺放3～5mmTi-Al-NMe体系粉末，使用压平器轻轻压平；
2)用Ti粉均匀包覆支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架；
3)在模具底部Ti-Al-NMe体系粉末层上放上已用Ti粉均匀包覆的支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架；
4)缓慢放入Ti-Al-NMe体系粉末，直至超出框架最高高度3～5mm；
5)轻轻敲击、震荡模具，确保Ti-Al-NMe体系粉末充分填充并覆盖，无较大空隙后用压平器压平，确保粉末无泄漏后封闭模具；
6)将步骤5)中的模具放置在快速热压烧结炉中，经过热压烧结，最终得到仿鱼鳍高强高韧航空材料，快速热压烧结炉参数为：压力1～2T，每分钟加热100℃，在1000～1400℃下保温5～10分钟。
第四方面，为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种上述的方法制备得到的仿鱼鳍高强高韧航空材料。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，
本发明公开提供了一种仿鱼鳍高强高韧航空材料的制备方法，相较于其他航空材料，本发明具有以下优点：
(1)本发明受鱼高强高韧的外部器官-鱼鳍启发，首次应用仿鱼鳍结构，用硬相材料制备成仿支鳍骨鳍条结构，再填充低密度的轻质软相TiAl材料作为鳍肌肉鳍皮肤，并将平面强化结构推广至空间强化结构，在保证材料轻量化的同时利用独特的仿生构型强化韧化TiAl航天材料。
(2)本发明在材料中引入内生陶瓷颗粒，以细晶强化、Orowan强化的多种强韧化机制提升作为鳍肌肉鳍皮肤的TiAl材料强度和韧性，进而提升仿鱼鳍构型下的TiAl航空材料的强韧性。
(3)本发明烧结前所使用的全部材料均为纳米级、微米级粉末，最终经过热压烧结制成的仿鱼鳍高强高韧TiAl航空材料致密、无气孔、无缩孔、无缺陷、界面结合处硬相框架与软相基体相性良好且互相渗透。
(4)本发明将激光增材制造技术与快速热压烧结技术结合，利用激光增材制造优势高能量打印不受形状约束的结构略复杂且灵活衍变的仿鱼鳍的支鳍骨鳍条构型的硬相框架，再结合快速热压烧结工艺优势快速成型、反应完全、材料致密、结构稳定，仿鱼鳍高强高韧TiAl材料及衍生材料的制备生产更迅速。
(5)本发明能适应多种航空领域需求，视应用场景针对性设计材料成分和仿鱼鳍构型，基于完备的材料实验储备和科学的仿鱼鳍结构仿真分析进行材料-结构-性能一体化设计，组合多种工艺制备生产仿鱼鳍高强高韧TiAl航空材料。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为实施例中鱼高强高韧的外部器官-鱼鳍的结构原理图，其中1为起支撑鱼鳍作用的支鳍骨；2为起保持鱼鳍形状作用的鳍条；3为鳍外附的皮肤；
图2为实施例中仿鱼鳍支鳍骨鳍条结构Ni基高温合金硬相框架的三维模型图。
图3为实施例中TiAl基复合材料和Ni基高温合金反应原理示意图。
具体实施方式：
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
一种仿鱼鳍高强高韧航空壳体，所述壳体全部或者部分材料结构为：
Ni基高温合金框架；
TiAl基复合材料粉料2填充至Ni基高温合金框架内；
Ni基高温合金框架由以下任一种方式组成：
Ni基高温合金框架的截面包括若干单元组成，所述单元包括处于横向的至少一个第一连接部11，处于纵向的至少一个第二连接部12，第二连接部12均以第一连接部11连接点为起始端向同侧延伸；
第一连接部11以及第二连接部12外表面包裹Ti粉末3；
第一连接部11轮廓为仿鱼鳍的支鳍骨状；
第二连接部12为仿鱼鳍的鳍条状。
此时形成图2所示的结构，第一连接部11和第二连接部12整体构成Ni基高温合金框架，其中第一连接部11和第二连接部12外表面包裹Ti粉末3；向Ni基高温合金框架进行填充TiAl基复合材料粉料2，使得整体构成块状结构，针对于Ni基高温合金框架底面铺放3～5mmTi-Al-NMe体系粉末；Ti-Al-NMe体系粉末，直至超出框架最高高度3～5mm。
在Ni基高温合金框架与Ti-Al-NMe体系的混合粉末中存在一薄层纯Ti粉末层，作为TiAl基复合材料的母材元素Ti，在中间层承担鳍条与鳍皮肤间的生长层的作用，避免TiAl与Ni直接连接产生脆性材料，高强高韧扩散连接TiAl基复合材料和Ni基高温合金，具体反应原理如3图所示。
应用实施例一：
一种仿鱼鳍高强高韧航空材料的制备方法
(1)使用混料机将Ti-Al-NMe体系中粉料混合均匀，设计NMe粉末为6vol％含量Ti2AlC。
制备6vol％Ti2AlC/TiAl的初始粉末材料，所用原料64.41wt％Ti粉、35.01wt％Al粉和0.58wt％C粉。按照原料配比称取原料粉末，采用行星球磨机，选取50r/min的转速、球磨时间8h、球料比10：1的球磨参数将粉末混合均匀，取出备用。
(2)气流雾化法制备框架所需的Ni基高温合金材料粉末；
称取Ni基合金原料粉末，并经过干燥后装入坩埚中，在氩气保护条件下于电炉中加热熔炼，液体金属被雾化塔中高速高压的氩气经喷嘴冲击液流时，撞击成雾状液滴，液滴在降落过程中冷却并凝固成可用于打印的Ni基合金粉末。将粉末放入烘干箱中在160℃下烘干1小时待用；
使用气流雾化法制得的Ni基高温合金粉末进行激光增材制造硬相框架；
优选的，激光增材制造选用激光选区熔化设备；
将如图2所示设计的仿鱼鳍支鳍骨鳍条结构模型导入程序切片并生成路径形成文件，传输并载入模型，填装粉末并手动铺粉作业一次，并将打印基板预热至120℃。设备打印使用如下参数：铺粉层厚0.03mm，激光功率100w，光斑直径80μm，扫描速率700mm/s，扫描间距0.06mm。
(3)将步骤(1)得到Ti-Al-NMe体系粉料与步骤(2)得到硬相框架铺放至模具内：
1)在模具底部铺放3～5mm的6vol％Ti2AlC/TiAl粉末材料，使用压平器轻轻压平；
2)在模具底部粉末层上放上Ni基高温合金硬相框架；
3)分若干步缓慢放入6vol％Ti2AlC/TiAl粉末材料，直至超出硬相框架最高高度3～5mm；
4)轻轻敲击、震荡模具，确保粉末材料充分填充并覆盖硬相框架，无较大空隙后用压平器压平，确保粉末无泄漏后封闭模具。
(5)将上述得到的模具放入FPH-828快速热压烧结炉中，压力1～2T，每分钟加热100℃，在1200℃下保温5分钟，随炉冷却，冷却至约100℃时取出得到仿鱼鳍高强高韧航空材料。
应用实施例二：
一种仿鱼鳍高强高韧航空材料的制备方法
(1)使用混料机将Ti-Al-NMe体系中粉料混合均匀，设计NMe粉末为4vol％含量Ti5Si3。
制备4vol％Ti5Si3/TiAl的初始粉末材料，所用原料64.41wt％Ti粉、34.42wt％Al粉和1.17wt％Si粉。按照原料配比称取原料粉末，采用行星球磨机，选取50r/min的转速、球磨时间8h、球料比10：1的球磨参数将粉末混合均匀，取出备用。
(2)气流雾化法制备框架所需的Ni基高温合金材料粉末；
称取Ni基合金原料粉末，并经过干燥后装入坩埚中，在氩气保护条件下于电炉中加热熔炼，液体金属被雾化塔中高速高压的氩气经喷嘴冲击液流时，撞击成雾状液滴，液滴在降落过程中冷却并凝固成可用于打印的Ni基合金粉末。将粉末放入烘干箱中在160℃下烘干1小时待用；
使用气流雾化法制得的Ni基高温合金粉末进行激光增材制造硬相框架；
优选的，激光增材制造选用激光选区熔化设备；
将如图2所示设计的仿鱼鳍支鳍骨鳍条结构模型导入程序切片并生成路径形成文件，传输并载入模型，填装粉末并手动铺粉作业一次，并将打印基板预热至120℃。设备打印使用如下参数：铺粉层厚0.03mm，激光功率100w，光斑直径80μm，扫描速率700mm/s，扫描间距0.06mm。
(3)将步骤(1)得到Ti-Al-NMe体系粉料与步骤(2)得到硬相框架铺放至模具内：
1)在模具底部铺放3～5mm的4vol％Ti5Si3/TiAl粉末材料，使用压平器轻轻压平；
2)在模具底部粉末层上放上Ni基高温合金硬相框架；
3)分若干步缓慢放入4vol％Ti5Si3/TiAl粉末材料，直至超出硬相框架最高高度3～5mm；
4)轻轻敲击、震荡模具，确保粉末材料充分填充并覆盖硬相框架，无较大空隙后用压平器压平，确保粉末无泄漏后封闭模具。
(5)将上述得到的模具放入FPH-828快速热压烧结炉中，压力1～2T，每分钟加热100℃，在1200℃下保温5分钟，随炉冷却，冷却至约100℃时取出得到仿鱼鳍高强高韧航空材料。
应用实施例三：
一种仿鱼鳍高强高韧航空材料的制备方法
(1)使用混料机将Ti-Al-NMe体系中粉料混合均匀，设计NMe粉末为6vol％含量TiB2。
制备6vol％TiB2/TiAl的初始粉末材料，所用原料64.30wt％Ti粉、33.50wt％Al粉和2.20wt％B粉。按照原料配比称取原料粉末，采用行星球磨机，选取50r/min的转速、球磨时间8h、球料比10：1的球磨参数将粉末混合均匀，取出备用。
(2)气流雾化法制备框架所需的Ni基高温合金材料粉末；
称取Ni基合金原料粉末，并经过干燥后装入坩埚中，在氩气保护条件下于电炉中加热熔炼，液体金属被雾化塔中高速高压的氩气经喷嘴冲击液流时，撞击成雾状液滴，液滴在降落过程中冷却并凝固成可用于打印的Ni基合金粉末。将粉末放入烘干箱中在160℃下烘干1小时待用；
使用气流雾化法制得的Ni基高温合金粉末进行激光增材制造硬相框架；
优选的，激光增材制造选用激光选区熔化设备；
将如图2所示设计的仿鱼鳍支鳍骨鳍条结构模型导入程序切片并生成路径形成文件，传输并载入模型，填装粉末并手动铺粉作业一次，并将打印基板预热至120℃。设备打印使用如下参数：铺粉层厚0.03mm，激光功率100w，光斑直径80μm，扫描速率700mm/s，扫描间距0.06mm。
(3)将步骤(1)得到Ti-Al-NMe体系粉料与步骤(2)得到硬相框架铺放至模具内：
1)在模具底部铺放3～5mm的6vol％TiB2/TiAl粉末材料，使用压平器轻轻压平；
2)在模具底部粉末层上放上Ni基高温合金硬相框架；
3)分若干步缓慢放入6vol％TiB2/TiAl粉末材料，直至超出硬相框架最高高度3～5mm；
4)轻轻敲击、震荡模具，确保粉末材料充分填充并覆盖硬相框架，无较大空隙后用压平器压平，确保粉末无泄漏后封闭模具。
(5)将上述得到的模具放入FPH-828快速热压烧结炉中，压力1～2T，每分钟加热100℃，在1200℃下保温5分钟，随炉冷却，冷却至约100℃时取出得到仿鱼鳍高强高韧航空材料。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿鱼鳍高强高韧航空壳体，其特征在于，所述壳体全部或者部分材料结构为：
Ni基高温合金框架；
TiAl基复合材料粉料填充至Ni基高温合金框架内；
Ni基高温合金框架由以下任一种方式组成：
Ni基高温合金框架的截面包括若干单元组成，所述单元包括处于横向的至少一个第一连接部，处于纵向的至少一个第二连接部，第二连接部均以第一连接部连接点为起始端向同侧延伸；
第一连接部以及第二连接部外表面包裹Ti粉末；
第一连接部轮廓为仿鱼鳍的支鳍骨状；
第二连接部为仿鱼鳍的鳍条状。
2.根据权利要求1所述的航空壳体，其特征在于，TiAl基复合材料为Ti-Al-NMe体系，NMe为C、Si、B中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的航空壳体，其特征在于，TiAl基复合材料为Ti2AlC、Ti5Si3、TiB2陶瓷颗粒的一种或多种。
4.一种仿鱼鳍高强高韧航空材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
打印出具有支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架；
Ti粉层包覆支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架的表面；
支鳍骨的Ni基高温合金骨架呈横向布置，鳍条结构的Ni基高温合金骨架呈纵向布置，鳍条结构的Ni基高温合金骨架均以支鳍骨的Ni基高温合金骨架的连接点为起始端向同侧延伸；
TiAl基复合材料粉料填充至支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架内；
将填充有TiAl基复合材料的支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架快速热压烧结炉中，经过热压烧结，最终得到仿鱼鳍高强高韧航空材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，处于支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架底端的TiAl基复合材料粉料厚度为3～5mm。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，高于支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架顶端面的TiAl基复合材料粉料厚度为3～5mm。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，TiAl基复合材料为Ti-Al-NMe体系，NMe为C、Si、B中的一种或多种。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，TiAl基复合材料为Ti2AlC、Ti5Si3、TiB2陶瓷颗粒的一种或多种。
9.一种仿鱼鳍高强高韧航空材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在模具底部铺放3～5mmTi-Al-NMe体系粉末，使用压平器轻轻压平；
2)用Ti粉均匀包覆支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架；
3)在模具底部Ti-Al-NMe体系粉末层上放上已用Ti粉均匀包覆的支鳍骨和鳍条结构的Ni基高温合金骨架；
4)缓慢放入Ti-Al-NMe体系粉末，直至超出框架最高高度3～5mm；
5)轻轻敲击、震荡模具，确保Ti-Al-NMe体系粉末充分填充并覆盖，无较大空隙后用压平器压平，确保粉末无泄漏后封闭模具；
6)将步骤5)中的模具放置在快速热压烧结炉中，经过热压烧结，最终得到仿鱼鳍高强高韧航空材料，快速热压烧结炉参数为：压力1～2T，每分钟加热100℃，在1000～1400℃下保温5～10分钟。
10.一种权利要求4-9任一项所述的方法制备得到的仿鱼鳍高强高韧航空材料。
CN202211733288.4A 2022-12-30 2022-12-30 仿鱼鳍高强高韧航空壳体、航空材料及其制备方法 Active CN116037958B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211733288.4A CN116037958B (zh) 2022-12-30 2022-12-30 仿鱼鳍高强高韧航空壳体、航空材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211733288.4A CN116037958B (zh) 2022-12-30 2022-12-30 仿鱼鳍高强高韧航空壳体、航空材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116037958A true CN116037958A (zh) 2023-05-02
CN116037958B CN116037958B (zh) 2024-08-16

Family

ID=86117652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211733288.4A Active CN116037958B (zh) 2022-12-30 2022-12-30 仿鱼鳍高强高韧航空壳体、航空材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116037958B (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030133821A1 (en) * 2002-01-16 2003-07-17 Advanced Materials Products, Inc. Manufacture of lightweight metal matrix composites with controlled structure
JP2006297474A (ja) * 2005-04-25 2006-11-02 Daido Steel Co Ltd Ｔｉ−Ａｌ合金と鋼材との接合体および接合方法
CN101972877A (zh) * 2010-11-03 2011-02-16 哈尔滨工业大学 TiAl基合金与Ni基高温合金的接触反应钎焊连接方法
CA2872312A1 (en) * 2012-05-11 2014-02-13 Siemens Energy, Inc. Laser additive repairing of nickel base superalloy components
CN103949648A (zh) * 2014-05-08 2014-07-30 吉林大学 一种高强、高韧的仿生功能表面耐磨复合材料的制备方法
CN104911381A (zh) * 2015-04-29 2015-09-16 陕西理工学院 一种Ti2AlC/TiAl基复合材料及其制备方法
US20170050241A1 (en) * 2015-04-24 2017-02-23 Halliburton Energy Services, Inc. Methods of fabricating ceramic or intermetallic parts
CN206466147U (zh) * 2016-11-05 2017-09-05 杭州畅动智能科技有限公司 仿真鱼鳍
CN107208294A (zh) * 2015-02-18 2017-09-26 住友电气工业株式会社 镍合金多孔体的制造方法
DE102018127138A1 (de) * 2017-11-30 2019-06-06 Intel Corporation Dual-metall-gate-strukturen für die herstellung einer fortschrittlichen integrierten schaltungsstruktur
CN112226651A (zh) * 2020-10-16 2021-01-15 中国航发北京航空材料研究院 一种用于850℃的变形涡轮盘合金材料及制备工艺
CA3150585A1 (en) * 2019-08-29 2021-03-04 Parker-Hannifin Corporation Metal-organic framework (mof) materials for superior refrigerant drying performance
CN112809007A (zh) * 2019-11-15 2021-05-18 沈阳工业大学 制造钛合金与镍基高温合金功能梯度材料的制备方法
CN113337756A (zh) * 2021-06-02 2021-09-03 西安空天机电智能制造有限公司 一种镍基高温合金修复材料及其制备方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030133821A1 (en) * 2002-01-16 2003-07-17 Advanced Materials Products, Inc. Manufacture of lightweight metal matrix composites with controlled structure
JP2006297474A (ja) * 2005-04-25 2006-11-02 Daido Steel Co Ltd Ｔｉ−Ａｌ合金と鋼材との接合体および接合方法
CN101972877A (zh) * 2010-11-03 2011-02-16 哈尔滨工业大学 TiAl基合金与Ni基高温合金的接触反应钎焊连接方法
CA2872312A1 (en) * 2012-05-11 2014-02-13 Siemens Energy, Inc. Laser additive repairing of nickel base superalloy components
CN103949648A (zh) * 2014-05-08 2014-07-30 吉林大学 一种高强、高韧的仿生功能表面耐磨复合材料的制备方法
CN107208294A (zh) * 2015-02-18 2017-09-26 住友电气工业株式会社 镍合金多孔体的制造方法
US20170050241A1 (en) * 2015-04-24 2017-02-23 Halliburton Energy Services, Inc. Methods of fabricating ceramic or intermetallic parts
CN104911381A (zh) * 2015-04-29 2015-09-16 陕西理工学院 一种Ti2AlC/TiAl基复合材料及其制备方法
CN206466147U (zh) * 2016-11-05 2017-09-05 杭州畅动智能科技有限公司 仿真鱼鳍
DE102018127138A1 (de) * 2017-11-30 2019-06-06 Intel Corporation Dual-metall-gate-strukturen für die herstellung einer fortschrittlichen integrierten schaltungsstruktur
CA3150585A1 (en) * 2019-08-29 2021-03-04 Parker-Hannifin Corporation Metal-organic framework (mof) materials for superior refrigerant drying performance
CN112809007A (zh) * 2019-11-15 2021-05-18 沈阳工业大学 制造钛合金与镍基高温合金功能梯度材料的制备方法
CN112226651A (zh) * 2020-10-16 2021-01-15 中国航发北京航空材料研究院 一种用于850℃的变形涡轮盘合金材料及制备工艺
CN113337756A (zh) * 2021-06-02 2021-09-03 西安空天机电智能制造有限公司 一种镍基高温合金修复材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116037958B (zh) 2024-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107299239B (zh) 选区激光熔化法制备石墨烯增强的铝基复合材料的方法
CN105154701B (zh) 一种采用选择性激光熔化快速成形技术制备高温钛合金的方法
CN101333607B (zh) TiBw/Ti合金基复合材料的制备方法
US20240060156A1 (en) Method for preparing nano-phase reinforced nickel-based high-temperature alloy using micron ceramic particles
CN108213408B (zh) 一种利用3d打印技术制备具有复杂结构的多孔金属零件的方法
CN107841654A (zh) 一种增材制造用含硼钛合金粉末及其制备方法
WO2022183564A1 (zh) 一种可控网络陶瓷/金属复合材料制备工艺
CN107931609B (zh) 一种TiAl合金涡轮叶片的制备方法
CN110434331A (zh) 功能梯度铜基形状记忆合金智能构件4d打印方法及产品
CN101768706A (zh) 高体积分数金刚石颗粒增强铜基复合材料零件的制备方法
CN112024902B (zh) 一种难熔高熵合金骨架-铜自发汗复合结构的制备方法
CN111945089A (zh) 一种增材制造钛制件及其热处理工艺
CN104046826A (zh) 一种泡沫镁基材料及其制备方法
CN108014369A (zh) 一种可再生钛基复合骨骼材料的制备方法
CN111842890A (zh) 一种3d打印专用高强7系铝基复合材料及其制备方法
CN101700568B (zh) 一种点阵夹芯板的低压铸造方法
CN105256160A (zh) 一种陶瓷基镍合金复合材料的3d打印方法
CN116037958A (zh) 仿鱼鳍高强高韧航空壳体、航空材料及其制备方法
CN115007869A (zh) 一种服役温度为850℃的粉末冶金用钛铝粉末的制备方法
CN104451225A (zh) 一种制备双连通结构超合金复合材料的方法
CN115747603B (zh) 多孔高温合金材料及其制备方法
CN106834857A (zh) 一种W‑WC‑TiC‑Hf‑Co合金棒材及其制备方法
CN112795850B (zh) 一种核壳式TiB2-Fe64Ni36因瓦基复合材料
CN117161399A (zh) 基于非连续喷射策略的粘结剂喷射打印成型方法
CN111097911B (zh) 陶瓷金属复合泡沫材料及其制备方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant