RU2612480C1 - Способ получения низкомодульных сплавов на основе системы титан-ниобий селективным лазерным сплавлением - Google Patents
Способ получения низкомодульных сплавов на основе системы титан-ниобий селективным лазерным сплавлением Download PDFInfo
- Publication number
- RU2612480C1 RU2612480C1 RU2015152193A RU2015152193A RU2612480C1 RU 2612480 C1 RU2612480 C1 RU 2612480C1 RU 2015152193 A RU2015152193 A RU 2015152193A RU 2015152193 A RU2015152193 A RU 2015152193A RU 2612480 C1 RU2612480 C1 RU 2612480C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- niobium
- alloy
- vacuum chamber
- powder
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
1. Способ относится к получению низкомодульного сплава на основе системы титан-ниобий селективным лазерным сплавлением и может найти применение в области аддитивных технологий в медицине в качестве материалов для имплантатов. Предварительно производят механическую активацию порошков титана и ниобия, взятых в массовом соотношении 6:4. Затем механоактивированную смесь титан-ниобиевого порошка помещают в вакуумной камере в зоне лазерной обработки слоем 0.05-0.1 мм. В вакуумной камере создают предварительный вакуум не хуже 10-2 Па и вводят аргон. Осуществляют нагрев интенсивным лазерным излучением до температуры 2800-3000°С с последующей выдержкой при этой температуре в течение 1-3 мсек. Обеспечивается получение низкомодульного титан-ниобиевого сплава заданного состава с определенными свойствами, с однородным распределением структурных составляющих по всему объему сплава, являющегося экологически чистым за счет отсутствия в продуктах синтеза посторонних веществ, сокращение длительности процесса и снижение стоимости готовой продукции вследствие отсутствия предварительной выплавки сплава TiNb (40 мас.%) и последующего изготовления из этого сплава порошка для селективного лазерного сплавления. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при производстве низкомодульных сплавов и изделий из них на основе порошков титана и ниобия методом послойного лазерного сплавления, которые могут найти применение в качестве индивидуальных хирургических, травматологических, дентальных и других имплантатов.
Известен способ получения композиционных материалов, содержащих алюминий и титан (RU 2038192, B22F 3/14, С22С 1/04, 1995) [1], включающий горячее прессование плакированного алюминием порошка титана следующего состава, мас. %: титан 37-50, алюминий 50-63 при 630-650°С и выдержке при этой температуре 0,5-1,5 ч.
Недостатками известного способа является то, что на выходе материал является не гомогенным и может содержать непрореагировавший титан в зависимости от состава исходного композиционного порошка, что приводит к снижению прочности и твердости, а также повышенные затраты времени на осуществление способа при длительной выдержке после нагрева.
Наиболее близким аналогом к предложенному техническому решению является способ получения монофазного интерметаллидного сплава на основе системы алюминий-титан (RU 2561952, B22F 3/23, С22С 14/00, 2015) [2], включающий предварительную механическую активацию порошка алюминия в количестве 25 мас. % и порошка титана в количестве 75 мас. %. Полученную смесь уплотняют, помещают в вакуум и осуществляют ее нагрев высокочастотным электромагнитным полем до температуры 1200-1400°С и последующую выдержку. Обеспечивается получение монофазного интерметаллидного сплава заданного состава с однородным распределением структурных составляющих.
Недостатком известного способа является длительность процесса синтеза монофазного материала.
В основу настоящего изобретения положена задача создания способа получения низкомодульного сплава на основе системы титан-ниобий с заранее заданным составом и необходимыми свойствами на основе селективного лазерного сплавления.
Техническим результатом является обеспечение получения низкомодульного сплава с однородным распределением структурных составляющих по всему объему сплава, а также уменьшение длительности процесса синтеза сплава на основе системы титан-ниобий.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения низкомодульного сплава на основе системы титан-ниобий селективным лазерным сплавлением включает предварительную механическую активацию исходных порошков, нагрев до температуры образования сплава с последующей выдержкой, для этого механоактивированную смесь титан-ниобиевого порошка, взятого в массовом соотношении 6:4, помещают в вакуумной камере в зоне лазерной обработки слоем 0.05-0.1 мм, затем в вакуумной камере создают предварительный вакуум и затем вводят аргон, далее осуществляют нагрев интенсивным лазерным излучением до температуры 2800-3000°С с последующей выдержкой при этой температуре в течение 1-3 мс.
В вакуумной камере создают предварительный вакуум не хуже 10-2 Па и затем вводят аргон в вакуумную камеру до давления 0.1-0.15 МПа.
Однородное распределение структурных составляющих по всему объему получаемого сплава обусловлено тем, что исходную порошковую смесь предварительно подвергают механической активации для повышения реакционной способности порошковой системы, затем при достаточно высоком темпе нагрева системы происходит переплав компонентов и при охлаждении системы формируется сплав с равномерным распределением компонентов, именно это позволяет управлять реализацией селективного лазерного сплавления и получать сплав с гомогенной структурной морфологией.
Уменьшение длительности процесса получения низкомодульного сплава на основе системы титан-ниобий обусловлено тем, что после механической активации осуществляется, с одной стороны, возможность быстрого нагрева порошков титана и ниобия интенсивным лазерным излучением до температуры 2800-3000°С и быстрым охлаждением при прекращении нагрева лазерным излучением с другой стороны, чего нельзя достигнуть при получении низкомодульного сплава системы титан-ниобий. При этом в результате реакции при высоких температурах непосредственно в зоне плавления время выдержки является кратковременным, зависящим от необходимой структуры конечного продукта.
Количество порошка титана, составляющее 60 мас. %, и порошка ниобия в количестве 40 мас. %, является оптимальным, так как предложенный способ направлен на получение низкомодульного сплава TiNb, а при содержании порошка титана, составляющем менее 60 мас. %, и порошка ниобия в количестве, составляющем более 40 мас. %, синтезируемый продукт не будет являться низкомодульным сплавом состава TiNb(40 мас. %), и при содержании порошка титана в количестве, составляющем более 60 мас. %, и порошка ниобия в количестве, составляющем менее 40 мас. %, синтезируемый продукт не будет являться низкомодульным сплавом состава TiNb (40 мас.%).
Температура нагрева порошков титана и ниобия интенсивным лазерным излучением, составляющая 2800-3000°С является оптимальной, так как при температуре нагрева порошков титана и ниобия интенсивным лазерным излучением, составляющей менее 2800°С синтезируемый продукт будет характеризоваться высокой концентрацией неравновесных дефектов структуры, а при температуре нагрева порошков титана и ниобия интенсивным лазерным излучением, составляющей более 3000°С будет происходить кипение и испарение сплава.
Время выдержки, составляющее 1-3 мс, является оптимальным, так как при выдержке менее 1 мс. синтезируемый продукт будет характеризоваться высокой концентрацией неравновесных дефектов структуры, а при выдержке более 3 мс. произойдет перитектический распад фазы TiNb.
Способ получения низкомодульного сплава на основе системы титан - ниобий осуществляется следующим образом.
Предварительно производят высокоэнергетическую механическую активацию исходной порошковой смеси, содержащей 60 мас. % титана и 40 мас. % ниобия, в планетарной шаровой мельнице для механического легирования и получения титан-ниобиевого композитного порошка. Далее механоактивированную смесь титан-ниобиевого порошка вводят тонким слоем в вакуумную камеру в зону лазерной обработки. Толщина слоя 0.05-0.1 мм обусловлена глубиной проплавления порошка. Затем порошок нагревают интенсивным лазерным излучением до температуры 2800-3000°С, а выдержку при этой температуре производят в течение времени, соответствующего образованию сплава заданного состава, составляющего 1-3 мс.
Пример 1.
Готовят смесь порошков титана марки ПТМ в количестве 60 мас. % со средним размером частиц 10-15 мкм и ниобия марки НбП-а со средним размером частиц 5-10 мкм в количестве 40 мас. %. Смесь порошков подвергают механической активации в планетарной шаровой мельнице АГО-2С ударно-фрикционного типа.
Механоактивированная порошковая смесь состава Ti+Nb представляет собой механокомпозит с размерами частиц 10-50 мкм.
Далее полученную механоактивированную порошковую смесь состава Ti+Nb извлекают из цилиндров планетарной шаровой мельницы и засыпают в устройство нанесения слоя порошка на установке селективного лазерного сплавления. С помощью этого устройства механоактивированную порошковую смесь состава Ti+Nb наносят слоем 0.05 мм в зону лазерной обработки - вакуумную камеру. После этого в вакуумной камере создают предварительный вакуум не хуже 10-2 Па. Потом в вакуумную камеру вводят аргон до давления 0.1-0.15 МПа. Затем механоактивированную порошковую смесь состава Ti+Nb нагревают интенсивным лазерным излучением до температуры 2800-3000°С, инициируя процесс переплава порошковой смеси. Время воздействия лазерного излучения составляет 3 мс.
Пример 2
Полученную по первому примеру, механоактивированную порошковую смесь состава Ti+Nb извлекают из цилиндров планетарной шаровой мельницы и засыпают в устройство нанесения слоя порошка на установке селективного лазерного сплавления. С помощью этого устройства механоактивированную порошковую смесь состава Ti+Nb наносят слоем 0.1 мм в зону лазерной обработки - вакуумную камеру. После этого в вакуумной камере создают предварительный вакуум не хуже 10-2 Па. Потом в вакуумную камеру вводят аргон до давления 0.1-0.15 МПа. Затем механоактивированную порошковую смесь состава Ti+Nb нагревают интенсивным лазерным излучением до температуры 2800-3000°С, инициируя процесс переплава порошковой смеси. Время воздействия лазерного излучения составляет 1 мс.
Пример 3.
Полученную по первому примеру, механоактивированную порошковую смесь состава Ti+Nb извлекают из цилиндров планетарной шаровой мельницы и засыпают в устройство нанесения слоя порошка на установке селективного лазерного сплавления. С помощью этого устройства механоактивированную порошковую смесь состава Ti+Nb наносят тонким слоем 0.08 мм в зону лазерной обработки - вакуумную камеру. После этого в вакуумной камере создают предварительный вакуум не хуже 10-2 Па. Потом в вакуумную камеру вводят аргон до давления 0.1-0.15 МПа. Затем механоактивированную порошковую смесь состава Ti+Nb нагревают интенсивным лазерным излучением до температуры 2800-3000°С, инициируя процесс переплава порошковой смеси. Время воздействия лазерного излучения составляет 2 мс.
Конечным продуктом, реализующим предложенный способ по примерам 1-3, является низкомодульный сплав TiNb (40 мас.%), который может найти применение в медицине в качестве материала для имплантатов.
Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает получение низкомодульного титан-ниобиевого сплава заданного состава с определенными свойствами, с однородным распределением структурных составляющих по всему объему сплава, являющегося экологически чистым за счет отсутствия в продуктах синтеза посторонних веществ, сокращение длительности процесса и снижение стоимости готовой продукции вследствие отсутствия предварительной выплавки сплава TiNb (40 мас.%) и последующего изготовления из этого сплава порошка для селективного лазерного сплавления.
Claims (3)
1. Способ получения низкомодульных сплавов на основе системы титан-ниобий селективным лазерным сплавлением, включающий предварительную механическую активацию смеси порошков титана и ниобия, нагрев до температуры образования сплава и последующую выдержку, отличающийся тем, что после механической активации смесь титан-ниобиевого порошка, взятого в массовом соотношении 6:4, помещают в вакуумной камере в зоне лазерной обработки слоем 0,05-0,1 мм, затем в вакуумной камере создают предварительный вакуум и вводят аргон, после чего осуществляют нагрев интенсивным лазерным излучением до температуры 2800-3000°C с последующей выдержкой при этой температуре в течение 1-3 мсек.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в вакуумной камере создают предварительный вакуум не хуже 10-2 Па.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вводят аргон в вакуумную камеру до давления 0,1-0,15 МПа.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015152193A RU2612480C1 (ru) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | Способ получения низкомодульных сплавов на основе системы титан-ниобий селективным лазерным сплавлением |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015152193A RU2612480C1 (ru) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | Способ получения низкомодульных сплавов на основе системы титан-ниобий селективным лазерным сплавлением |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2612480C1 true RU2612480C1 (ru) | 2017-03-09 |
Family
ID=58459653
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015152193A RU2612480C1 (ru) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | Способ получения низкомодульных сплавов на основе системы титан-ниобий селективным лазерным сплавлением |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2612480C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019236100A1 (en) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Powder bed materials |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1120472A2 (en) * | 1998-02-26 | 2001-08-01 | Nissan Motor Co., Ltd. | Abrasion resistant copper alloy for build-up cladding on engine cylinder head |
RU2302261C1 (ru) * | 2006-05-11 | 2007-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт стали и сплавов" (технологический университет) | Псевдоупругий биосовместимый функционально-градиентный материал для костных имплантов и способ его получения |
RU2311984C2 (ru) * | 2002-08-20 | 2007-12-10 | Экс Уан Корпорейшн | Способ литья и средства для его осуществления |
RU2382092C2 (ru) * | 2008-02-12 | 2010-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный вечерний металлургический институт | Способ переплава титановой губки или порошка и устройство для его осуществления |
RU2507034C9 (ru) * | 2008-02-28 | 2014-08-10 | Шеметалл Гмбх | Способ получения порошков сплавов на основе титана, циркония и гафния, легированных элементами ni, cu, ta, w, re, os и ir |
-
2015
- 2015-12-07 RU RU2015152193A patent/RU2612480C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1120472A2 (en) * | 1998-02-26 | 2001-08-01 | Nissan Motor Co., Ltd. | Abrasion resistant copper alloy for build-up cladding on engine cylinder head |
RU2311984C2 (ru) * | 2002-08-20 | 2007-12-10 | Экс Уан Корпорейшн | Способ литья и средства для его осуществления |
RU2302261C1 (ru) * | 2006-05-11 | 2007-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт стали и сплавов" (технологический университет) | Псевдоупругий биосовместимый функционально-градиентный материал для костных имплантов и способ его получения |
RU2382092C2 (ru) * | 2008-02-12 | 2010-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный вечерний металлургический институт | Способ переплава титановой губки или порошка и устройство для его осуществления |
RU2507034C9 (ru) * | 2008-02-28 | 2014-08-10 | Шеметалл Гмбх | Способ получения порошков сплавов на основе титана, циркония и гафния, легированных элементами ni, cu, ta, w, re, os и ir |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019236100A1 (en) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Powder bed materials |
CN112055627A (zh) * | 2018-06-08 | 2020-12-08 | 惠普发展公司,有限责任合伙企业 | 粉末床材料 |
CN112055627B (zh) * | 2018-06-08 | 2023-08-11 | 惠普发展公司,有限责任合伙企业 | 粉末床材料 |
US11845128B2 (en) | 2018-06-08 | 2023-12-19 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Powder bed materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2729569C2 (ru) | Материалы с оцк-структурой на основе титана, алюминия, ванадия и железа и изделия, полученные из них | |
CA3035696C (en) | Method for generating a component by a powder-bed-based additive manufacturing method and powder for use in such a method | |
Mosallanejad et al. | In-situ alloying of a fine grained fully equiaxed Ti-based alloy via electron beam powder bed fusion additive manufacturing process | |
Wolff et al. | In vitro biodegradation testing of Mg-alloy EZK400 and manufacturing of implant prototypes using PM (powder metallurgy) methods | |
CN103182507A (zh) | 一种铬铝合金靶材的生产方法 | |
CN111215624A (zh) | 添加b4c纳米颗粒原位自生改善增材制造钛合金显微组织的方法 | |
CN108884518A (zh) | 铝、钛和锆的hcp材料及由其制成的产物 | |
EP2951332B1 (de) | Sputtertarget mit Ga-Na, In-Na oder Ga-In-Na intermetallischen Phasen | |
Martin et al. | Coupling electron beam melting and spark plasma sintering: A new processing route for achieving titanium architectured microstructures | |
Whitney et al. | Investigation of the influence of Ni powder size on microstructural evolution and the thermal explosion combustion synthesis of NiTi | |
CN109072345A (zh) | 具有铝和钼的α-β钛合金及由其制成的产品 | |
RU2612480C1 (ru) | Способ получения низкомодульных сплавов на основе системы титан-ниобий селективным лазерным сплавлением | |
KR20180122026A (ko) | 티타늄, 알루미늄, 니오븀, 바나듐 및 몰리브덴의 bcc 재료, 및 그로부터 제조된 제품 | |
Liu et al. | Effect of sintering temperature on the microstructure and mechanical properties of Ti50Ni50 and Ti47Ni47Al6 intermetallic alloys | |
CN109989059A (zh) | 一种TiBw-Ti复合层及其激光原位制备方法 | |
CN104878244B (zh) | 一种钛铝镁合金靶材及其制备方法 | |
RU2542044C1 (ru) | Способ получения упрочненных сплавов на основе алюминия | |
RU2635204C1 (ru) | Способ получения интерметаллидного ортосплава на основе титана | |
RU2013142017A (ru) | Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения | |
RU2015851C1 (ru) | Способ получения порошкового сплава на основе меди | |
CN109628785B (zh) | 一种7xxx铝合金坯锭的制备方法 | |
RU2698081C1 (ru) | Способ получения монофазного интерметаллидного сплава с высокой степенью однородности на основе титана | |
CN110684939B (zh) | 一种结构尺寸可控的钛/银双连续相材料及其制备方法 | |
RU2562552C1 (ru) | Способ получения электрода для производства порошковых жаропрочных сплавов на основе алюминида титана | |
RU2814577C1 (ru) | Способ изготовления литий-бор-магниевого сплава |