[发明专利]一种连续梯度钛合金与镍基高温合金复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种连续梯度钛合金与镍基高温合金复合材料的制备方法，所述方法为：将钛合金粉末与镍基高温合金粉末以梯度变化的质量比充分混合，按梯度变化的顺序将各质量比的混合粉末按所需厚度依次放入粉末仓，将粉末仓固定于超声辅助振动平台上，通过超声振动使不同质量比混合粉末之间的界面均匀化，再基于激光选区熔化技术打印得到钛合金与镍基高温合金复合材料，复合材料过渡区域的成分呈连续变化。本发明使用超声振动辅助方式，使过渡区中不同梯度层间界面的粉末成分分布均匀，在不需要换粉的情况下连续采用激光选区熔化技术制备出具有连续梯度结构的钛合金‑镍基高温合金梯度复合材料，从而有效避免样品的组织出现明显界面。

技术领域

本发明涉及一种连续梯度钛合金与镍基高温合金复合材料的制备方法。

背景技术

钛及其合金具有比强度高、抗疲劳性能好、耐蚀性好等优点，被广泛应用于国防，海洋，航空航天等领域。但是钛合金的高温性能较差，耐磨性差，限制了其在高温、耐磨等领域的应用。

镍基高温合金在室温及中等温度下(＜700℃)具有良好的机械性能、耐蚀性能、抗氧化性、抗疲劳性能以及抗蠕变性能，能够广泛应用于航空航天、军工、能源领域里的高温部件，然而由于其比强度较低，对于航空等领域零件的轻量化十分不利。

虽然钛合金和镍基高温合金具有不同的特性，在相关领域中具有各自的优势。但在某些用途下，单一种类的材料常常无法同时满足多个条件要求，如航空航天用高温部件，钛合金难以满足高温强度要求，而镍基合金又难以满足比强度高的要求。若将两个材料直接焊接结合，由于两种材料在热膨胀系数、弹性模量等物理性质方面存在差异，直接将两者以焊接或者其他方式结合将带来无法避免的应力集中，产生开裂问题。激光选区熔化技术在制备复杂结构和梯度材料具有优势，能够针对零件的使用场景进行材料梯度的设计，以梯度过渡的方式，在零件热端采用镍基高温合金，在承受温度低端同时又受腐蚀较强的部位则选择钛合金，从而充分发挥钛合金和镍基高温合金的各自优势。然后现有采用下送粉式激光选区熔化技术形成的梯度功能材料，会存在阶梯状的成分梯度，即梯度过渡区的成分变化不连续。

发明内容

技术问题：本发明目的旨在提供一种连续梯度钛合金与镍基高温合金复合材料的制备方法，该制备方法制得的钛合金与镍基高温合金复合材料在梯度过渡区成分变化是连续的，不存在成分呈台阶状变化的问题。

技术方案：本发明所述的连续梯度钛合金与镍基高温合金复合材料的制备方法，所述方法为：将钛合金粉末与镍基高温合金粉末以梯度变化的质量比充分混合，按梯度变化的顺序将各质量比的混合粉末按所需厚度依次放入粉末仓，将粉末仓固定于超声辅助振动平台上，通过超声振动使不同质量比混合粉末之间的界面均匀化，再基于激光选区熔化技术打印得到钛合金与镍基高温合金复合材料，复合材料过渡区域的成分呈连续变化。

其中，所述基于激光选区熔化技术具体是指：利用建模软件得到复合材料的三维模型，并对三维模型进行切片，得到每层打印的厚度，将三维模型数据导入激光选区熔化系统，在成型平台上安装基板，同时将粉末仓固定在升降平台上，粉末仓上方设有沿粉末仓横向移动的粉末刮刀，通过升降平台将每层打印厚度的粉末顶出粉末仓，通过粉末刮刀刮至成型平台的基板上，进行激光选区熔化成型，打印完一层后，成型平台下降与每层打印厚度一致的高度，按该方式直至复合材料打印完成，获得连续梯度的钛合金与镍基高温合金复合材料。

其中，粉末仓的内径为10cm，每层梯度，即每层对应质量比的混合粉末的厚度为0.6mm，超声辅助振动平台的振动频率为36000Hz，振动时间为1min。

其中，钛合金粉末的粒度为10～100μm，镍基高温合金粉末的粒度为10～100μm。

其中，钛合金粉末和镍基高温合金粉末均经过真空干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为12h，去除粉末中附着的水蒸气，干燥的目的是防止粉末接触空气时间较长，会潮湿，影响后续打印出的成品质量。