制備TiAl基復(fù)合粉體材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了制備TiAl基復(fù)合粉體材料的方法，首先取鋁粉、鈦粉和增強材料并混合均勻，然后球磨處理原料混合物得到TiAl基復(fù)合材料，最后等離子體球化處理球磨所得TiAl基復(fù)合材料得產(chǎn)品，其中鋁粉體積份為30～55份，鈦粉體積份為45～70份，增強材料體積份為0.2～20份，增強材料為硼、石墨、石墨烯、碳納米管或碳纖維。本發(fā)明所制得的復(fù)合材料粉末球形度高于80％，粒度范圍為0～45um，特別適合于激光快速成形3D打?。槐景l(fā)明向TiAl合金基體中加入適量的增強材料，并通過適當(dāng)?shù)墓に囀蛊渑c基體材料產(chǎn)生良好結(jié)合，不僅可以提高TiAl合金的高溫性能，而且可以提高其3D打印性能。
【專利說明】制備TiAI基復(fù)合粉體材料的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域,涉及TiAl基復(fù)合材料,特別涉及制備TiAl基復(fù)合粉體材料的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]提高發(fā)動機的推動比是航空技術(shù)的核心問題，鈦合金質(zhì)輕、比強度高、高溫蠕變性能優(yōu)異，已被用于制造發(fā)動機、壓氣機葉片及盤件。但是，鈦合金變形系數(shù)小、切削溫度高、冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重、機械加工性能差，影響了該技術(shù)的推廣。另外，鈦合金價格昂貴，常規(guī)的切削加工方法還存在浪費原材料的問題。
[0003]3D打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù)，該技術(shù)通過計算機程序?qū)⒃O(shè)計的三維模型分層切片形成相應(yīng)的數(shù)據(jù)流并傳輸?shù)?D打印裝置，3D打印裝置在該數(shù)據(jù)流的控制下將打印耗材層層堆積，最終得到與模型形狀完全相同的產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的加工方式相比，3D打印技術(shù)具有快速靈活、節(jié)約材料，在加工形狀復(fù)雜、小批量零件方面的優(yōu)勢十分明顯。3D打印耗材(原材料)是制約3D打印技術(shù)的關(guān)鍵因素之一。目前，已經(jīng)有研究者以TC4鈦合金為原材料，制造出3D打印零件，但是TC4抗高溫蠕變性能及熱穩(wěn)定性差，最高溫度為550°C，不能滿足耐更高溫度的發(fā)動機使用要求。
[0004]因此，有必要對TiAl合金的成分進(jìn)行優(yōu)化，以提高優(yōu)化后合金的高溫使用性能；另一方面也需要對合金宏觀、微觀形貌進(jìn)行改進(jìn)，以提高其3D打印成形性能。
[0005]目前，TiAl基復(fù)合材料的增強相主要有TiB2、TiC和SiC，制備工藝主要有熔鑄法、粉末冶金法、機械合金化法、等離子體燒結(jié)法以及自蔓延高溫合成法。這些方法制備的復(fù)合材料存在致密度不高，工藝復(fù)雜、能耗大等缺點，不能滿足3D打印的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種制備TiAl基復(fù)合粉體材料的方法。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]制備TiAl基復(fù)合粉體材料的方法，包括以下步驟:
[0009]Stpl:取鋁粉、鈦粉和增強材料并混合均勻；
[0010]Stp2:球磨處理Stpl的混合物得到TiAl基復(fù)合材料；
[0011]Stp3:等離子體球化處理Stp2球磨所得TiAl基復(fù)合材料。
[0012]作為本發(fā)明制備TiAl基復(fù)合粉體材料方法的優(yōu)選，Stpl中所取鋁粉體積份為30?55份，鈦粉體積份為45?70份，增強材料體積份為0.2?20份。
[0013]作為本發(fā)明制備TiAl基復(fù)合粉體材料方法的另一種優(yōu)選，Stpl中所取鋁粉粒徑為15?45um，鈦粉粒徑為15?45um，增強材料粒徑為10?30um。
[0014]作為本發(fā)明制備TiAl基復(fù)合粉體材料方法的另一種優(yōu)選，Stpl中增強材料為硼、石墨、石墨烯、碳納米管或碳纖維。
[0015]作為本發(fā)明制備TiAl基復(fù)合粉體材料方法的進(jìn)一步優(yōu)選，Stp2球磨過程中球與物料的質(zhì)量比為1:1?10:1，轉(zhuǎn)速為100?lOOOrpm，研磨時間為I?10小時；球磨時每研磨20?60分鐘，暫停10?120分鐘。
[0016]作為本發(fā)明制備TiAl基復(fù)合粉體材料方法的進(jìn)一步優(yōu)選，Stp3等離子體球化球化時球化功率為20?80kW，送粉速率為0.5?4Kg/h。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:
[0018]本發(fā)明制備TiAl基復(fù)合粉體材料方法首先在適當(dāng)?shù)臈l件下對原材料進(jìn)行高能球磨處理，然后對球磨后的合金粉進(jìn)行等離子體球化處理，所制得的復(fù)合材料粉末球形度高(80%以上)，粒度均勻(粒度范圍為O?45um)，特別適合于激光3D打印；本發(fā)明向TiAl合金基體中加入適量的增強材料，并通過適當(dāng)?shù)墓に囀乖鰪姴牧吓c基體材料產(chǎn)生良好結(jié)合，不僅可以提高TiAl合金的高溫性能，而且可以提高其3D打印性能。

【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0020]實施例1:
[0021]本實施例制備TiAl基復(fù)合粉體材料的方法，包括以下步驟:
[0022]Stpl:取鋁粉、鈦粉和增強材料并混合均勻；
[0023]Stp2:球磨處理Stpl的混合物得到TiAl基復(fù)合材料；
[0024]Stp3:等離子體球化處理Stp2球磨所得TiAl基復(fù)合材料。
[0025]其中:
[0026]Stpl中所取鋁粉體積份為40份，鈦粉體積份為55份，增強材料體積份為10份；
[0027]Stpl中所取鋁粉粒徑范圍為15?45um，鈦粉粒徑為15?45um，增強材料粒徑為10 ?30um ；
[0028]Stpl中增強材料為石墨；
[0029]Stp2球磨過程中球與物料的質(zhì)量比為5:1，轉(zhuǎn)速為800rpm，研磨時間為3小時；球磨時每研磨30分鐘，暫停50分鐘；
[0030]Stp3等離子體球化球化工藝為功率為60kW，送粉速率為2Kg/h，送粉器位置為Ilcm0
[0031]本實施例中:
[0032]Stp2球磨前先抽真空,再通入気氣保護(hù),球磨時球磨磨罐和磨球為瑪瑙或者硬質(zhì)合金材質(zhì)。
[0033]經(jīng)測試，本實施例所得TiAl基復(fù)合粉體材料粒徑范圍為O?35um，平均粒徑約為21-23um，球形度大于80%。
[0034]實施例2:
[0035]本實施例制備TiAl基復(fù)合粉體材料的方法，包括以下步驟:
[0036]Stpl:取鋁粉、鈦粉和增強材料并混合均勻；
[0037]Stp2:球磨處理Stpl的混合物得到TiAl基復(fù)合材料；
[0038]Stp3:等離子體球化處理Stp2球磨所得TiAl基復(fù)合材料。
[0039]其中:
[0040]Stpl中所取鋁粉體積份為35份，鈦粉體積份為66份，增強材料體積份為3份；
[0041]Stpl中所取鋁粉粒徑為15?45um，鈦粉粒徑為15?45um，增強材料粒徑為10?30um ；
[0042]Stpl中增強材料為石墨烯；
[0043]Stp2球磨過程中球與物料的質(zhì)量比為8:1，轉(zhuǎn)速為200rpm，研磨時間為10小時；球磨時每研磨30分鐘,暫停100分鐘；
[0044]Stp3等離子體球化球化工藝為功率為30kW，送粉速率為3.5Kg/h,送粉器位置為Ilcm0
[0045]本實施例中:
[0046]Stp2球磨前先抽真空，再通入氬氣保護(hù),球磨時球磨磨罐和磨球為瑪瑙或者硬質(zhì)合金材質(zhì)。
[0047]經(jīng)測試，本實施例所得TiAl基復(fù)合粉體材料粒徑范圍為5?30um，平均粒徑為20?23um，球形度大于80 %。
[0048]實施例3:
[0049]本實施例制備TiAl基復(fù)合粉體材料的方法，包括以下步驟:
[0050]Stpl:取鋁粉、鈦粉和增強材料并混合均勻；
[0051]Stp2:球磨處理Stpl的混合物得到TiAl基復(fù)合材料；
[0052]Stp3:等離子體球化處理Stp2球磨所得TiAl基復(fù)合材料。
[0053]其中:
[0054]Stpl中所取鋁粉體積份為50份，鈦粉體積份為48份，增強材料體積份為18份；
[0055]Stpl中所取鋁粉粒徑為15?45um，鈦粉粒徑為15?45um，增強材料粒徑為10?30um ；
[0056]Stpl中增強材料為碳纖維；
[0057]Stp2球磨過程中球與物料的質(zhì)量比為1:1，轉(zhuǎn)速為lOOOrpm，研磨時間為2小時；球磨時每研磨50分鐘，暫停30分鐘；
[0058]Stp3等離子體球化球化工藝為功率為70kW，送粉速率為1.5Kg/h,送粉器位置為13cm0
[0059]本實施例中:
[0060]Stp2球磨前先抽真空，再通入氬氣保護(hù),球磨時球磨磨罐和磨球為瑪瑙或者硬質(zhì)合金材質(zhì)。
[0061]經(jīng)測試，本實施例所得TiAl基復(fù)合粉體材料粒徑范圍為10?45um，平均粒徑為22?25um，球形度大于80 %。
[0062]需要說明的是，本發(fā)明制備TiAl基復(fù)合粉體材料方法的優(yōu)選，Stpl中所取鋁粉體積份為30?55份，鈦粉體積份為45?70份，增強材料體積份為0.2?20份，鋁粉粒徑為15?45um,鈦粉粒徑為15?45um,增強材料粒徑為10?30um,增強材料為硼、石墨、石墨烯、碳納米管或碳纖維；Stp2球磨過程中球與物料的質(zhì)量比為1:1?10:1，轉(zhuǎn)速為100?lOOOrpm,研磨時間為I?10小時；球磨時每研磨20?60分鐘，暫停10?120分鐘；Stp3等離子體球化球化時球化功率為20?80kW，送粉速率為0.5?4Kg/h，送粉器位置為10?13cm時均能實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0063]最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.制備TiAl基復(fù)合粉體材料的方法，其特征在于，包括以下步驟: Stpl:取鋁粉、鈦粉和增強材料并混合均勻； Stp2:球磨處理Stpl的混合物得到TiAl基復(fù)合材料； Stp3:等離子體球化處理Stp2球磨所得TiAl基復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備TiAl基復(fù)合粉體材料的方法，其特征在于=Stpl中所取鋁粉體積份為30?55份，鈦粉體積份為45?70份，增強材料體積份為0.2?20份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備TiAl基復(fù)合粉體材料的方法，其特征在于:Stpl中所取鋁粉粒徑為15?45um，鈦粉粒徑為15?45um，增強材料粒徑為10?30um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備TiAl基復(fù)合粉體材料的方法，其特征在于:Stpl中增強材料為硼、石墨、石墨烯、碳納米管或碳纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備TiAl基復(fù)合粉體材料的方法，其特征在于:Stp2球磨過程中球與物料的質(zhì)量比為1:1?10:1，轉(zhuǎn)速為100?lOOOrpm，研磨時間為I?10小時；球磨時每研磨20?60分鐘,暫停10?120分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備TiAl基復(fù)合粉體材料的方法，其特征在于:Stp3等離子體球化球化時球化功率為20?80kW，送粉速率為0.5?4Kg/h。
【文檔編號】C22C1/05GK104174856SQ201410436516
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】紀(jì)麗娜, 王國玉, 范樹遷, 段宣明 申請人:中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院