[发明专利]一种基于3D打印的纳米颗粒增强钛基复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种基于3D打印的纳米颗粒增强钛基复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1.称取TiH₂粉装入预先清洗并干燥好的球磨罐中；S2.将装有TiH₂粉的球磨罐盖好，用氮气冲洗球磨罐2‑3次，排除罐内的空气，然后向罐内充入氮气；S3采用间歇式球磨方式将TiH₂粉与氮气进行高压球磨，制得增强体TiN预备体；球磨完毕后，将球磨罐置于真空手套箱中，取出制备得到的含有增强体TiN预备体的复合粉末，装入密封容器；S4.将球磨后的含有增强体TiN预备体的复合粉末，在惰性气体氛围或真空条件中，进行激光3D打印成型。该制备方法在3D打印成型时，TiH₂粉在高温下分解为Ti和H₂，提供还原性气氛，可阻止TiO₂生成，其成型时间短，可制备出形状复杂的零部件。

技术领域

本发明涉及3D打印的技术领域，尤其是涉及一种基于3D打印的纳米颗粒增强钛基复合材料的制备方法。

背景技术

金属增材制造技术是近年来迅速发展的一种高端制造技术，基于“逐层堆积”的设计思路，通过多层的累加，得到所需的构件。该技术仅需将所要制备的工件建立为一个三维模型，并将模型切片为若干层，通过激光或电子束快速熔化/凝固的过程从底层开始，通过累加而制备出构件。该技术在复杂构件的制备方面具备巨大的优势，极大地缩短了工件的生产周期，降低了研发成本。然而，相比于金属增材软硬件方面的快速进步，3D打印专用原材料粉体方面的进展缓慢。

颗粒增强钛基复合材料(TMCs)是将多种陶瓷颗粒与基体钛合金组合而实现强化的一种新型金属基复合材料，具有低密度、高强度、高硬度、高比刚度和比模量的优良综合性能。在该复合材料中，由于陶瓷颗粒增强体的存在，导致增强体与基体界面结合强度低、增强体分散不均匀和复合材料强度不高的问题。此外，在传统制备方法中基体原料通常采用纯钛粉，其价格高昂，成本高，且钛的化学活性高、极易氧化生成TiO₂，严重影响材料性能。

公开号为CN106319270A的中国发明专利，公开了一种纳米TiN增强的钛基复合材料制备方法，其通过在钛粉球磨时通入一定压强的高纯氮气，利用球磨后所得到的纳米级钛粉的高比表面积吸附气体形成增强体预备体，而后通过热压烧结，利用粉末冶金原位合成法合成纳米TiN增强的钛基复合材料。该方法使用的原料为钛粉，其依然存在成本高、容易氧化的问题。

因此，如何对颗粒增强钛基复合材料进行制备以及3D打印，是本领域的技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种纳米颗粒增强钛基复合材料的制备方法，采用价格低廉的TiH₂粉末代替传统制备方法中价格高昂的纯钛粉，成本更低、原料易得；在对该复合材料进行3D打印成型时，剩余的TiH₂粉在高温下分解为Ti和H₂，提供还原性气氛，可阻止TiO₂的生成，其成型时间短、速度快，可制备出形状复杂的零部件。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于3D打印的纳米颗粒增强钛基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.称取TiH₂粉装入预先清洗并干燥好的球磨罐中；

S2.将装有TiH₂粉的球磨罐盖好，用氮气冲洗球磨罐2-3次，排除罐内的空气，然后向罐内充入氮气；

S3.采用间歇式球磨方式，将TiH₂粉与氮气进行高压球磨，制得增强体TiN预备体；球磨完毕后，将球磨罐置于真空手套箱中，取出制备得到的含有增强体TiN预备体的复合粉末，装入密封容器；

S4.将球磨后的含有增强体TiN预备体的复合粉末，在惰性气体氛围或真空条件中，进行激光3D打印成型。