[发明专利]一种稀土氧化物增强钛基复合材料的制备方法

说明书

一种稀土氧化物增强钛基复合材料的制备方法，它涉及钛基复合材料的制备方法。它是要解决现有的用于增材制造的钛基合金材料的抗氧化性差的技术问题。该稀土氧化物增强钛基复合材料的制备方法：将粒径为20～75微米的钛合金粉末与稀土氧化物混合后球磨，得到混合粉末；再将混合粉末输送到热等离子体球化设备中，以高纯氩气为中心气，进行球化处理，得到稀土氧化物增强钛基复合材料。该复合材料的氧含量为940～1050ppm。将稀土氧化物增强钛基复合材料放入激光选区熔化3D打印设备中进行激光选区熔化3D打印成型，得到钛合金构件。本发明的稀土氧化物增强钛基复合材料可用于增材制造领域。

技术领域

本发明涉及一种钛基复合材料的制备方法。

背景技术

钛金属作为一种战略性金属材料，具有质量轻、强度高、耐腐蚀等特点，是飞机制造、宇宙航天行业所必需的材料，也是增材制造关键材料。目前在制备形状复杂、结构均匀、高性能的钛及钛合金近净成形产品方面，应用最多的是粉末冶金方法，但是粉末冶金工艺存在产品致密度不高、综合性能差等不足，难以满足高精度空间结构材料的使用要求。

选区激光熔化技术是由选择性激光烧结技术演变与升级而来的，属于金属快速成型技术之一。而对于激光快速成型技术而言，对于耗材中的金属粉末有严格的要求。增材制造用金属粉末需具备良好的可塑性，且要满足粉末粒径细小、粒度分布较窄、球形度高、流动性好和松装密度高等要求。但是现有的用于增材制造用的高性能钛基合金材料，在制备和存贮过程中易氧化，使材料的含氧量提高，影响增材制造构件的性能。

发明内容

本发明是要解决现有的用于增材制造的钛基合金材料的抗氧化性差的技术问题，而提供一种稀土氧化物增强钛基复合材料的制备方法。

本发明的稀土氧化物增强钛基复合材料的制备方法，按以下步骤进行：

一、将钛合金粉末进行筛分，筛分出粒径为20～75微米的钛合金粉末；

二、将筛分好的钛合金粉末与稀土氧化物混合后，放入到行星式球磨机中，氩气保护下进行球磨混粉，得到混合粉末；其中球磨所用的料球为直径为6mm～10mm的钢球，球料比为(13～16):1，球磨混粉时间为2～10小时，稀土氧化物质量占钛合金粉末质量的0.1％～2％；

三、将步骤二得到的混合粉末输送到热等离子体球化设备中，以高纯氩气为中心气，在等离子体输入功率为16～32kW、送粉速率在0.5～0.9kg/h的条件下进行球化处理，得到稀土氧化物增强钛基复合材料。

更进一步地，步骤一中所述的钛合金中的合金化元素按原子百分比计为：Al：1.0～6.0at％，Sn：0～4.7at％，Mo：0～5.5at％，V：0～6.5at％，Cr：0～4.5at％，Fe：0～1.5at％，Mn：0～2.0at％，Zr：0～2.0at％，Si：0～1.5at％，其余为Ti。

更进一步地，在所述步骤二中所述的稀土氧化物为氧化钇、氧化镧、氧化钕、氧化铈或氧化钆。

更进一步地，在步骤三中所述的高纯氩气是质量百分比浓度大于99.999％的氩气。

本申请制备的稀土氧化物增强钛基复合材料为球形粉末，可用于增材制造。

利用上述的稀土氧化物增强钛基复合材料进行增材制造成型的方法，具体如下：

将稀土氧化物增强钛基复合材料放入激光选区熔化3D打印设备中，在激光功率为150～190W、扫描速度为700～1100mm/s、扫描间距为0.10mm～0.14mm、铺粉层厚0.03mm～0.06mm的条件下进行激光选区熔化3D打印成型，得到钛合金构件。

本发明采用稀土盐增强钛基合金粉末，对混合后的粉末进行等离子球化，可以得到球形度高、粒度均匀、缺陷少、流动性好、适于3D打印的粉体材料。