本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種Ce、Nd增強(qiáng)鈦合金材料，該材料的制備方法包括粉體制備、激光3D打印、真空退火和電化學(xué)拋光步驟。通過(guò)鈦合金粉末原料的元素成分選擇，明顯改善鈦合金的抗拉強(qiáng)度、延伸率和斷面收縮率；采用球磨-燒結(jié)-再球磨的方式獲得成分均勻、粒度較好的3D打印原料；將3D打印技術(shù)與真空退火相結(jié)合，改善打印后的鈦合金性能；并利用電化學(xué)拋光解決了3D打印成品粗糙度較高的問(wèn)題。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鈦合金材料領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是涉及一種Ce、Nd增強(qiáng)鈦合金材料。
技術(shù)介紹
鈦合金具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、無(wú)磁等諸多突出優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、航海、汽車、化工、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。然而，鈦合金與其它常用金屬相比，也具有價(jià)格高、難加工等不足，特別形狀復(fù)雜構(gòu)件，采用去材機(jī)械加工方式不僅加工困難，而且原料浪費(fèi)嚴(yán)重。采用鑄造方法制備不僅成品率低而且鑄造缺陷多且性能不高。采用鍛造方法制備，只能制備形狀簡(jiǎn)單以及變形量不大的構(gòu)件。3D打印技術(shù)是一種累積制造技術(shù)，即通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體。它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)打印一層層的粘合材料來(lái)制造三維物體。現(xiàn)階段三維打印機(jī)被用來(lái)制造產(chǎn)品，3D打印機(jī)的原理是把數(shù)據(jù)和原料放進(jìn)3D打印機(jī)中，機(jī)器會(huì)按照程序把產(chǎn)品一層層造出來(lái)，如此循環(huán)直至工件完成，再經(jīng)過(guò)后處理得到成形制件。與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同，因此又稱為添加制造。采用3D打印成型制得的材料經(jīng)常由于選擇的材質(zhì)不同、成型時(shí)選擇的粘結(jié)劑等不恰當(dāng)以及工藝參數(shù)控制不好，會(huì)導(dǎo)致制得的坯體表面模糊、翹曲變形、尺寸變形、階梯狀表面、微細(xì)結(jié)構(gòu)缺陷、破碎、錯(cuò)層等缺陷，這對(duì)于3D打印技術(shù)用于制造醫(yī)用器件是致命的危害。雖然通過(guò)后續(xù)熱處理可以一定程度上改善其性能，但由于熱處理過(guò)程中容易形成粗大組織，從而降低力學(xué)性能。另外，由于激光3D打印鈦合金產(chǎn)品的表面粗糙度較差，而很多的結(jié)構(gòu)件表面粗糙度要求是很嚴(yán)格的，因此，產(chǎn)品粗糙度的問(wèn)題也是目前有待進(jìn)一步解決的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提供了一種Ce、Nd增強(qiáng)鈦合金材料，該材料是一種高強(qiáng)度低粗糙度的3D打印鈦合金材料。本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：一種Ce、Nd摻雜鈦合金材料，所述鈦合金材料的制備方法包括以下步驟：粉體制備、激光3D打印、真空退火和電化學(xué)拋光步驟；其中，所述粉體制備步驟為：先將鈦合金粉末原料進(jìn)行球磨至粒度為200目以下，然后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1180-1250℃，保溫時(shí)間為1-2.5h，得到鈦合金燒結(jié)塊，將所述燒結(jié)塊體再次進(jìn)行球磨，在200-250r/min轉(zhuǎn)速下，球磨8-10小時(shí)，最后篩選出粒度為15-25μm的合金粉體，以其作為激光3D打印原料。所述粉體制備步驟的鈦合金粉末原料包含以下元素組成：Al:2.50-3.80%，Zn:0.05-0.15%，Zr:0.85-0.95%，Hf:0.20-0.40%，V:2.20-2.50%，Ge:0.15-0.45%，Nd:0.50-0.80%，Nb:0.40-0.60%，Ce:1.20-1.50%，余量為Ti，上述百分比為質(zhì)量百分比。所述激光3D打印步驟中，通過(guò)3D打印技術(shù)制備成坯件，3D打印的掃描方式采用正交掃描，激光加工參數(shù)為：激光功率200-250W，掃描速度為1250-1350mm/s，將激光打印成型的坯料超聲波清洗10~15mins，在120~150℃烘干坯體。所述真空退火步驟中，加熱溫度為850-880℃，保溫時(shí)間為1~1.5h，真空度為1.0×10-3~10-4Pa。所述電化學(xué)拋光步驟中，采用電化學(xué)拋光進(jìn)行后處理，得到表面粗糙度為0.6μm~0.7μm的成品。所述成品的抗拉強(qiáng)度為800~850MPa，延伸率和斷面收縮率分別為20%和18%。優(yōu)選地，所述粉體制備的鈦合金粉末原料包含以下元素組成：Al:2.80%，Zn:0.15%，Zr:0.85%，Hf:0.40%，V:2.50%，Ge:0.35%，Nd:0.70%，Nb:0.50%，Ce:1.50%，余量為Ti，上述百分比為質(zhì)量百分比。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)鈦合金粉末原料的元素成分選擇，明顯改善鈦合金的抗拉強(qiáng)度、延伸率和斷面收縮率；采用球磨-燒結(jié)-再球磨的方式獲得成分均勻、粒度較好的3D打印原料；將3D打印技術(shù)與真空退火相結(jié)合，改善打印后的鈦合金性能；并利用電化學(xué)拋光解決了3D打印成品粗糙度較高的問(wèn)題。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例和對(duì)比例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1：將鈦合金粉末原料進(jìn)行球磨至粒度為200目以下，然后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1180℃，保溫時(shí)間為1h，得到鈦合金燒結(jié)塊，將所述燒結(jié)塊體再次進(jìn)行球磨，在200r/min轉(zhuǎn)速下，球磨10小時(shí)，最后篩選出粒度為15μm的合金粉體，以其作為激光3D打印原料。其中，采用包含以下元素組成的原料作為上述鈦合金粉末原料：Al:2.80%，Zn:0.15%，Zr:0.85%，Hf:0.40%，V:2.50%，Ge:0.35%，Nd:0.70%，Nb:0.50%，Ce:1.50%，余量為Ti，上述百分比為質(zhì)量百分比。通過(guò)3D打印技術(shù)制備成坯件，采用正交掃描，激光加工參數(shù)為：激光功率200W，掃描速度為1250mm/s，將激光打印成型的坯料超聲波清洗10mins，在120℃烘干坯體。真空退火步驟加熱溫度為850℃，保溫時(shí)間為1h，真空度為1.0×10-3Pa。采用電化學(xué)拋光進(jìn)行后處理，得到表面粗糙度為0.6μm的成品。成品的抗拉強(qiáng)度為850MPa，延伸率和斷面收縮率分別為20%和18%。實(shí)施例2：將鈦合金粉末原料進(jìn)行球磨至粒度為200目以下，然后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1250℃，保溫時(shí)間為2.5h，得到鈦合金燒結(jié)塊，將所述燒結(jié)塊體再次進(jìn)行球磨，在250r/min轉(zhuǎn)速下，球磨8小時(shí)，最后篩選出粒度為25μm的合金粉體，以其作為激光3D打印原料。其中，采用包含以下元素組成的原料作為上述鈦合金粉末原料：Al:2.50%，Zn:0.05%，Zr:0.95%，Hf:0.20%，V:2.20%，Ge:0.15%，Nd:0.50%，Nb:0.40%，Ce:1.20%，余量為Ti，上述百分比為質(zhì)量百分比。通過(guò)3D打印技術(shù)制備成坯件，采用正交掃描，激光加工參數(shù)為：激光功率250W，掃描速度為1350mm/s，將激光打印成型的坯料超聲波清洗15mins，在150℃烘干坯體。真空退火步驟加熱溫度為880℃，保溫時(shí)間為1.5h，真空度為1.0×10-4Pa。采用電化學(xué)拋光進(jìn)行后處理，得到表面粗糙度為0.7μm的成品。成品的抗拉強(qiáng)度為800MPa，延伸率和斷面收縮率分別為20%和18%。實(shí)施例3：將鈦合金粉末原料進(jìn)行球磨至粒度為200目以下，然后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1200℃，保溫時(shí)間為2h，得到鈦合金燒結(jié)塊，將所述燒結(jié)塊體再次進(jìn)行球磨，在230r/min轉(zhuǎn)速下，球磨9小時(shí)，最后篩選出粒度為20μm的合金粉體，以其作為激光3D打印原料。其中，采用包含以下元素組成的原料作為上述鈦合金粉末原料：Al:3.80%，Zn:0.10%，Zr:0.90%，Hf:0.30%，V:2.30%，Ge:0.25%，Nd:0.60%，Nb:0.60%，Ce:1.30%，余量為Ti，上述百分比為質(zhì)量百分比。通過(guò)3D打印技術(shù)制備成坯件，采用正交掃描，激光加工參數(shù)為：激光功率220W，掃描速度為1300mm/s，將激光打印成型的坯料超聲波清洗12mins，在130℃烘干坯體。真空退火步驟加熱溫度為860℃，保溫時(shí)間本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種Ce、Nd增強(qiáng)鈦合金材料，其特征在于：所述鈦合金材料采用的制備工藝包括以下步驟：粉體制備、激光3D打印、真空退火和電化學(xué)拋光步驟；其中，所述粉體制備步驟為：先將鈦合金粉末原料進(jìn)行球磨至粒度為200目以下，然后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1180?1250℃，保溫時(shí)間為1?2.5h，得到鈦合金燒結(jié)塊；將所述燒結(jié)塊體再次進(jìn)行球磨，在200?250r/min轉(zhuǎn)速下，球磨8?10小時(shí)，最后篩選出粒度為15?25μm的合金粉體，以其作為激光3D打印原料。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種Ce、Nd增強(qiáng)鈦合金材料，其特征在于：所述鈦合金材料采用的制備工藝包括以下步驟：粉體制備、激光3D打印、真空退火和電化學(xué)拋光步驟；其中，所述粉體制備步驟為：先將鈦合金粉末原料進(jìn)行球磨至粒度為200目以下，然后進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1180-1250℃，保溫時(shí)間為1-2.5h，得到鈦合金燒結(jié)塊；將所述燒結(jié)塊體再次進(jìn)行球磨，在200-250r/min轉(zhuǎn)速下，球磨8-10小時(shí)，最后篩選出粒度為15-25μm的合金粉體，以其作為激光3D打印原料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金材料，其特征在于：所述粉體制備步驟的鈦合金粉末原料包含以下元素組成：Al:2.50-3.80%，Zn:0.05-0.15%，Zr:0.85-0.95%，Hf:0.20-0.40%，V:2.20-2.50%，Ge:0.15-0.45%，Nd:0.50-0.80%，Nb:0.40-0.60%，Ce:1.20-1.50%，余量為Ti，上述百分比為質(zhì)量百分比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金材料，其特征在于：所述激光3D打印步驟中，通過(guò)3D打印技術(shù)制備成坯件，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：毛培，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：毛培，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11
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