CN116511525A - 一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法 - Google Patents
一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116511525A CN116511525A CN202310385594.1A CN202310385594A CN116511525A CN 116511525 A CN116511525 A CN 116511525A CN 202310385594 A CN202310385594 A CN 202310385594A CN 116511525 A CN116511525 A CN 116511525A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium
- composite material
- based composite
- powder
- eutectic ceramic
- 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
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 71
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 52
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 52
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 82
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims abstract description 80
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 78
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 21
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 20
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 12
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims description 11
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 10
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000001238 wet grinding Methods 0.000 claims description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 7
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 9
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 5
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000007648 laser printing Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000003921 particle size analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
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
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
-
- 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
- B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
-
- 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
- C22C32/001—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 only oxides
- C22C32/0015—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 only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
- C22C32/0031—Matrix based on refractory metals, W, Mo, Nb, Hf, Ta, Zr, Ti, V or alloys thereof
-
- 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
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
- B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明属于钛基复合材料技术领域，具体公开了一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：共晶陶瓷粉末的制备、共晶陶瓷增强钛基复合材料的制备、复合材料的激光3D打印，本发明将共晶陶瓷复合材料打印成金属零件，其常温和高温力学性能都有了显著的提高。
Description
技术领域
本发明属于钛基复合材料技术领域，具体涉及一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法。
背景技术
Ti6Al4V合金是用于制造高性能零部件的重要材料，广泛应用于航空航天、海洋装备等领域。随着产业的不断发展，对Ti6Al4V零部件的形状复杂度与耐高温性能要求越来越高，研发高温性能优异的复杂Ti6Al4V零部件的工艺方法具有重要意义。
激光选区熔化技术是金属材料增材制造中的一种主要技术途径。该技术选用激光作为能量源，按照三维CAD切片模型中规划好的路径在金属粉末床层进行逐层扫描，扫描过的金属粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终获得模型所设计的金属零件。激光选区熔化成形技术克服了传统技术的制造极限，可直接成形力学性能优异的复杂金属零部件。
通过在Ti6Al4V中添加陶瓷成分，有利于提高Ti6Al4V材料的高温性能。采用激光选区熔化成形陶瓷颗粒增强钛基复合材料，是制造高温性能优异的复杂Ti6Al4V零部件的有效途径。然而，陶瓷材料如氧化铝的添加，由于氧化铝的熔点过高在激光打印的过程中不能很好的被融化，会导致Ti6Al4V在增材制造过程中容易发生开裂，最终导致成形失败。
因此非常有必要开发一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案之一为：一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)共晶陶瓷粉末的制备：将共晶陶瓷粉末的各原材料同湿磨介质一起放入球磨机球磨，球磨后烘干、研磨、过筛制得共晶陶瓷粉末；
(2)共晶陶瓷增强钛基复合材料的制备：将步骤(1)制得的共晶陶瓷粉末和钛合金粉末按比例加入球磨混合设备中充分球磨后烘干、过筛制得共晶陶瓷增强钛基复合材料粉末；
(3)复合材料的激光3D打印：对步骤(3)制得的共晶进行激光3D打印，本发明采用的激光增材制造工艺为激光选区熔化成形(SelectiveLaserMelting)，打印前将基板温度预热到180-220℃，激光功率为180-220W，扫描速率为500-700mm/s，层厚为20-40μm，扫描间距为0.10-0.15mm，激光光斑直径为60-80μm，制得高温硬度增强的钛基复合材料。
在本发明一优选实施方案中，所述步骤(1)中共晶陶瓷粉末为Al2O3和ZrO2的混合粉末，其中Al2O3粉末的粒径分布为5-8μm，ZrO2粉末的粒径为150-250nm；共晶陶瓷粉末中Al2O3粉末和ZrO2粉末的质量比(5-7):(3-5)。
在本发明一优选实施方案中，所述步骤(1)中湿磨介质中酒精和去离子水的体积比为1:1。
进一步地，所述酒精质量分数为65-85％。
酒精和陶瓷的材料亲和性好，但是加入纯酒精作为辅助研磨容易因为高温而燃烧，所以加入酒精和水，能够保持良好的亲和性和辅助研磨。
在本发明一优选实施方案中，所述步骤(1)中球磨球与物料的质量比为3-5:1，在转速为150-250rpm的条件下真空球磨粉碎，每工作5min，间隔5min再继续球磨，球磨3-5h得到共晶陶瓷复合粉末。
在本发明一优选实施方案中，所述步骤(1)中烘干温度为70-90℃，烘干时间为20-28h。
在本发明一优选实施方案中，所述步骤(2)中共晶陶瓷粉末和钛合金粉末的球磨球与物料的质量比为4-6:1、球磨转速为100-150rpm，球磨粉碎20-28h。
在本发明一优选实施方案中，所述步骤(2)中烘干温度为70-90℃，烘干时间为20-28h，用180-220目筛网过筛。
在本发明一优选实施方案中，所述步骤(2)中共晶陶瓷增强钛基复合材料中共晶陶瓷粉末的含量为0.5vol％-1.5vol％。
在本发明一优选实施方案中，所述步骤(2)中制得的共晶陶瓷增强钛基复合材料粒径分布为20-45μm。
在本发明一优选实施方案中，所述步骤(2)中制得的共晶陶瓷增强钛基复合材料常温维氏硬度为342.15MPa，800℃维氏硬度为253.52MPa。
在本发明一优选实施方案中，所述步骤(3)中激光功率为200W，扫描速度为600m/s，扫描间距为0.12mm，层厚为30μm，激光光斑直径为70μm。
为实现以上目的，本发明的技术方案之二为：一种激光选区熔化打印的钛基陶瓷复合材料。
与现有技术相比，本发明的进步之处：
(1)本发明的方法可以制备出适用于增材制造的粉末，并探索出适用于该粉末打印成型样品的最佳工艺参数；
(2)本发明的方法共晶陶瓷复合材料打印成形的金属零件，其常温和高温力学性能都有了显著的提高。
附图说明
图1为本发明提供的共晶陶瓷增强钛基复合材料的制作到打印的基本流程图；
图2为实施例1中共晶陶瓷粉末、共晶陶瓷复合粉末、Ti6Al4V粉末及共晶陶瓷增强钛基复合材料的电镜图：(a)氧化铝粉末、(b)氧化锆粉末、(c)共晶陶瓷粉末、(d)Ti6Al4V粉末、(e)共晶陶瓷增强钛基复合材料；
图3为实施例1制得的含有1vol％共晶陶瓷增强的高温硬度增强的钛基复合材料样品和不含共晶陶瓷的样品在各个温度下的硬度曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例对本发明进行更详细地描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。文中相同的附图标记始终代表相同的元件，相似的附图标记代表相似的元件。
一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)共晶陶瓷粉末的制备：将共晶陶瓷粉末的各原材料使用酒精浸泡后一起放入球磨机球磨，球磨后烘干、研磨、过筛制得共晶陶瓷粉末；
(2)共晶陶瓷增强钛基复合材料的制备：将步骤(1)制得的共晶陶瓷粉末和钛合金粉末按比例加入球磨混合设备中充分球磨后烘干、过筛制得共晶陶瓷增强钛基复合材料粉末；
(3)复合材料的激光3D打印：对步骤(3)制得的共晶进行激光3D打印，本发明采用的激光增材制造工艺为激光选区熔化成形(SelectiveLaser Melting)，打印前将基板温度预热到180-220℃，激光功率为180-220W，扫描速率为500-700mm/s，层厚为20-40μm，扫描间距为0.10-0.15mm，激光光斑直径为60-80μm，制得高温硬度增强的钛基复合材料。
所述步骤(1)中共晶陶瓷粉末为Al2O3和ZrO2的混合粉末，其中Al2O3粉末的粒径分布为5-8μm，ZrO2粉末的粒径为150-250nm；共晶陶瓷粉末中Al2O3粉末和ZrO2粉末的质量比(5-7):(3-5)。
所述步骤(1)中湿磨介质中酒精和去离子水的体积比为1:1。
所述步骤(1)中酒精质量分数为65-85％。
所述步骤(1)中球磨过程采用行星式球磨机，球磨球与物料的质量比为3-5:1，在转速为150-250rpm的条件下真空球磨粉碎，每工作5min，间隔5min再继续球磨，球磨3-5h得到共晶陶瓷复合粉末。
所述步骤(1)中烘干温度为70-90℃，烘干时间为20-28h。
所述步骤(2)中共晶陶瓷粉末和钛合金粉末的球磨球与物料的质量比为4-6:1、球磨转速为100-150rpm，球磨粉碎20-28h，在70-90℃的条件下烘干，之后用180-220目筛网过筛。
所述步骤(2)中烘干温度为70-90℃，烘干时间为20-28h.
所述步骤(2)中共晶陶瓷增强钛基复合材料中共晶陶瓷粉末的含量为0.5-1.5vol％。
所述步骤(2)中制得的共晶陶瓷增强钛基复合材料粒径分布为20-45μm。
所述步骤(2)中制得的共晶陶瓷增强钛基复合材料常温维氏硬度为342.15MPa，800℃维氏硬度为253.52MPa。
所述步骤(3)中激光功率为200W，扫描速度为600m/s，扫描间距为0.12mm，层厚为30μm，激光光斑直径为70μm。
一种激光选区熔化打印的共晶陶瓷增强钛基复合材料金属样品。
实施例1
一种高温硬度增强的钛基复合材料，由如下方法制备而得：
(1)共晶陶瓷粉末的制备：共晶陶瓷粉末中氧化铝和氧化锆质量比57.5:42.5，在此条件下能够将氧化铝的熔点从2313K下降至2133K，使得氧化铝更好的熔化，并且氧化物共晶陶瓷粉末可以有效的抑制工艺引起的裂纹；将共晶陶瓷粉末氧化铝和氧化锆放入滚筒中球磨，球料比为4:1，球磨转速为200rpm，球磨时间为4h，每工作5min停5min再继续球磨；球磨后的混合粉末进行烘干，烘干温度为80℃，使其烘干出所有水分后结块；再经研磨处理后使用100目筛网过筛得到共晶陶瓷粉；
(2)共晶陶瓷增强钛基复合材料的制备：制备含共晶陶瓷粉末1vol％的陶瓷增强Ti6Al4V复合粉末，球料比为4:1，球磨速度为120rpm，持续不间断的球磨24h，然后烘干，烘干温度为80℃，烘干时间为24h，制得共晶陶瓷增强钛基复合材料；其中200ml中有198ml的Tl6Al4V和2ml的Al2O3-ZrO2，198ml Tl6Al4V的质量约为481.58g，2mlAl2O3-ZrO2的质量约为1.18g；对制得的共晶陶瓷增强钛基复合材料其通过粒度分析仪检测复合材料的粉末粒径，其结果表明粉末粒径分布为20-45μm；
(3)复合材料的激光3D打印：在125mm×125mm×125mm基板中建立30个不同输入参数、尺寸为10mm×10mm×12mm的长方块进行参数检验打印；对30个样品标号，1-30号样品层厚(H)均为30μm，其中1-15号样品扫描间距(D)为0.12mm，16-30号扫描间距(D)为0.1mm；激光功率(P)从150W以50W功率递增，直到350W；扫描速度(V)从600s/mm以300s/mm大小递增直到1200s/mm；激光功率与扫描速度递增是同步进行的；将步骤2中的1vol％共晶陶瓷复合粉末采用以上设定的参数进行激光3D打印，由于混合粉末中含有共晶陶瓷颗粒，为了增加样品在基板上的稳定性，因此设定第一层打印两遍，最终选出成形效果最好的高温硬度增强的钛基复合材料。
参考图2，其中(a)为Al2O3粉末的电镜图，(b)为ZrO2粉末的电镜图，(c)为钛合金粉末的电镜图，(d)为共晶陶瓷复合粉末的电镜图，(e)为共晶陶瓷增强钛基复合粉末的电镜图。从图2(e)可见，共晶陶瓷复合粉末颗粒均匀附着于钛合金粉末的表面；通过粒度分析仪检测复合粉末的粉末粒径，其结果表明复合粉末粒径分布为20-45μm。
对所得高温硬度增强的钛基复合材料样品使用iVickyV2.0维氏硬度计和HTV-PHS30高温维氏硬度计分别对样品进行常温和高温硬度性能检验。图3为实施例1制得的含有1vol％共晶陶瓷增强的高温硬度增强的钛基复合材料样品和不含共晶陶瓷的样品在各个温度下的硬度曲线图。通过图3可知，使用iVicky V2.0维氏硬度计测量选中样品的常温硬度，结果表明常温下共晶陶瓷颗粒含量为1vol％时可达342.15MPa，0vol％时为330.94MPa。用HTV-PHS30高温维氏硬度计测量样品在800℃下的高温硬度，结果表明高温下共晶陶瓷含量为1vol％时可达253.52MPa，0vol％时为220.59MPa。
实施例2
将实施例1得到的耐高温、高硬度复合粉末送入SLM打印机中进行激光3D打印。激光3D打印工艺参数：在125mm×125mm×125mm基板中建立30个不同输入参数、尺寸为10mm×10mm×12mm的长方块进行参数检验打印。对30个样品标号，1-30号样品粉末层厚(H)均为30μm，其中1-15号样品扫描间距(D)为0.12mm，16-30号扫描间距(D)为0.1mm；设定激光功率(P)从150W以50W功率递增，直到350W；扫描速度(V)从600s/mm以300s/mm大小递增直到1200s/mm；激光功率与扫描速度递增是同步进行的；基板预热温度为200℃，激光光斑直径为70μm。由于混合粉末中含有共晶陶瓷颗粒，为了增加样品在基板上的稳定性，因此设定第一层打印两遍。
打印完成后，使用iVickyV2.0维氏硬度计测量选中样品的常温硬度，结果表明，激光功率为150W、扫描速率为900mm/s、扫描间距为0.1mm；层厚为30μm；激光光斑直径为70μm的条件下，该复合材料粉末进行3D打印后效果最佳，其在常温下共晶陶瓷颗粒含量为1vol％时，可达353.51HV，0vol％时仅为330.94MPa；使用HTV-PHS30高温维氏硬度计测量样品在800℃下的高温硬度，结果表明高温下共晶陶瓷含量为1vol％时可达271.55MPa，0vol％时为220.59MPa。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)共晶陶瓷粉末的制备：将共晶陶瓷粉末的各原材料同湿磨介质一起放入球磨机，球磨后烘干、研磨、过筛制得共晶陶瓷粉末；
(2)共晶陶瓷增强钛基复合材料的制备：将步骤(1)制得的共晶陶瓷粉末和钛合金粉末按比例加入球磨混合设备中充分球磨后烘干、过筛制得共晶陶瓷增强钛基复合粉末；
(3)复合材料的激光3D打印：对步骤(3)制得的共晶瓷增强钛基复合粉末进行激光3D打印，采用激光选区熔化成形，打印前将基板温度预热到180-220℃，激光功率为180-220W，扫描速率为500-700mm/s，层厚为20-40μm，扫描间距为0.10-0.12mm，激光光斑直径为60-80μm，制得高温硬度增强的钛基复合材料。
2.如权利要求1所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中共晶陶瓷粉末为Al2O3和ZrO2的混合粉末，所述Al2O3和ZrO2的质量比为(5-7):(3-5)，所述Al2O3粉末的粒径为5-8μm，所述ZrO2粉末的粒径为150-250nm。
3.如权利要求1所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中湿磨介质中酒精和去离子水的体积比为1:1。
4.如权利要求3所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述酒精质量分数为65-85％。
5.如权利要求1所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中球磨球与物料的质量比为3-5:1，转速150-250rpm，每工作5min，间隔5min再继续球磨，球磨时间3-5h。
6.如权利要求1所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中共晶陶瓷粉末和钛合金粉末的球磨球与物料的质量比为4-6:1、球磨转速为100-150rpm，球磨粉碎20-28h。
7.如权利要求1所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中共晶陶瓷增强钛基复合材料中共晶陶瓷粉末的含量为0.5vol％-1.5vol％。
8.如权利要求1所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中制得的共晶陶瓷增强钛基复合材料粒径分布为20-45μm。
9.如权利要求1所述的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中激光功率为200W，扫描速度为600m/s，扫描间距为0.12mm，层厚为30μm，激光光斑直径为70μm。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的钛基复合材料的制备方法制得的钛基陶瓷复合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310385594.1A CN116511525A (zh) | 2023-04-12 | 2023-04-12 | 一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310385594.1A CN116511525A (zh) | 2023-04-12 | 2023-04-12 | 一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116511525A true CN116511525A (zh) | 2023-08-01 |
Family
ID=87405655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310385594.1A Pending CN116511525A (zh) | 2023-04-12 | 2023-04-12 | 一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116511525A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116833429A (zh) * | 2023-09-01 | 2023-10-03 | 华侨大学 | 3d打印复材的控温及性能强化方法、装置、设备及介质 |
-
2023
- 2023-04-12 CN CN202310385594.1A patent/CN116511525A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116833429A (zh) * | 2023-09-01 | 2023-10-03 | 华侨大学 | 3d打印复材的控温及性能强化方法、装置、设备及介质 |
| CN116833429B (zh) * | 2023-09-01 | 2023-12-05 | 华侨大学 | 3d打印复材的控温及性能强化方法、装置、设备及介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN116511525A (zh) | 一种高温硬度增强的钛基复合材料的制备方法 | |
| CN109290583A (zh) | 一种消除7075铝合金选择性激光熔化成型裂纹的方法 | |
| CN109439995B (zh) | 高熵非晶合金涂层及其制备方法 | |
| CN113061782A (zh) | 一种gh3230镍基高温合金材料及其消除激光选区熔化成形微裂纹的方法与应用 | |
| CN112142477B (zh) | 一种纳米木质素-氮化硅基陶瓷及其制备方法 | |
| CN111230113A (zh) | 一种激光同步送粉制备TC4/TiAl梯度材料的方法 | |
| CN113201664A (zh) | 一种原位自生钛基复合材料及其增材制造成形方法和构件 | |
| Xu et al. | Dynamic fatigue behavior of Si3N4-based ceramic tool materials at ambient and high temperatures | |
| CN108588530B (zh) | 低密度耐热铁基合金及其制备方法 | |
| CN114703394A (zh) | 一种高温材料及其制备方法与应用 | |
| CN110923707B (zh) | 基于激光熔覆的钛合金表面耐高温复合涂层材料 | |
| CN114507853A (zh) | 一种镁合金表面梯度陶瓷复合涂层激光熔覆制备方法 | |
| CN110527930B (zh) | 一种铁基非晶激光熔覆涂层材料及其制备方法 | |
| CN113248234A (zh) | 一种共晶陶瓷涂层及其制备方法 | |
| CN114516756A (zh) | 一种碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法和应用 | |
| CN114427052B (zh) | 一种Ni3Al基合金及其增材制造方法 | |
| CN112725791A (zh) | 一种TiB2/Fe64Ni36复合涂层的其制备方法 | |
| CN116060624A (zh) | 耐高温、高硬度复合粉末及制备方法和在激光增材制造的应用 | |
| CN111690926A (zh) | 热压烧结法制备不锈钢连接体致密Mn-Co尖晶石保护层的方法 | |
| CN114086175B (zh) | 一种提高激光熔化沉积铝合金成形件强韧性的方法 | |
| CN115178750B (zh) | 一种钛合金金属相控阵标准试块及其制备方法 | |
| CN113249719B (zh) | 一种共晶陶瓷热障材料及其制备方法 | |
| CN115125410A (zh) | 采用耐热高导CuCrNb系铜合金粉制备打印燃烧室内衬的方法 | |
| CN113564579B (zh) | 一种利用激光熔覆制备铜基非晶复合涂层的方法 | |
| CN115353407B (zh) | 一种SiO2f/SiO2复合材料的修复方法 |
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 |