[发明专利]一种用于3D打印钛基复合材料的钛药芯焊丝的制备方法

说明书

一种用于3D打印钛基复合材料的钛药芯焊丝的制备方法。本发明涉及一种钛药芯焊丝的制备方法。本发明目的是为了解决现有电弧熔丝沉积技术难以实现钛基复合材料制备的问题。方法：一、清洗纯钛管；二、将Al60V40合金粉、纯Ti粉与陶瓷粉球磨混粉；三、向纯钛管内填充Al60V40合金/纯钛/陶瓷复合粉末；四、轧制减径；五、拉拔减径。本发明用于3D打印钛基复合材料。

技术领域

本发明涉及一种钛药芯焊丝的制备方法。

背景技术

钛与钛合金作为典型的轻质金属，具有优异的力学性能，良好的耐蚀性和生物相容性，在诸多领域均有应用。而以钛或钛合金作为基体，通过原位或外加的方式引入TiC、TiB、Ti5Si3等增强体获得的钛基复合材料，其强度与耐热温度可大幅提升，可替代耐热钢、高温合金等材料，实现构件的减重。目前制备钛基复合材料主要应用的技术为熔铸法和粉末冶金法，而难以制造复杂的构件是这两种方法的共性问题，因此必须进行后续的机加过程；材料难实现最大化利用、构件加工工序繁多引起成本上升是二者需优化改进之处。

3D打印技术(增材制造)(Additive Manufacturing)是近二十年发展的一种构件快速成型制造技术，被誉为“第三次工业革命”的核心，利用该技术已成功实现金属、高分子等材料的快速制造，在制造业中极具发展前景。3D打印技术具有设计制造过程效率高、构件形状可设计性强、复杂构件成本低等独特的优势。早期的3D打印主要围绕制备多孔材料和高分子材料，随着技术的发展与成熟，目前已逐步实现钢铁、铝、钛等致密材料的3D打印。金属的3D打印是通过逐层堆积原材料实现的，这种逐层累积、近净成型的制造技术，相比传统的去材料制造工艺，如车、铣、刨、磨等，可明显提高材料的利用率，简化加工流程，降低后续处理的难度。

目前报道的利用3D打印技术制备钛基复合材料主要是采用选择性激光熔融(SLM)、和激光熔覆粉末(Powder feeding)技术，然而以钛或钛合金以及陶瓷粉末作为原材料的弊端在于对粉末的利用率较低：在SLM过程中，部分粉末因在熔化过程中被污染不可循环利用；自动送粉过程中，粉末不可避免的发生飞溅而损失；另外，粉末3D打印最大的限制就是无法在空间微重力环境下的应用。因此有必要改近熔覆形式与原材料的结构与状态。

电弧熔丝沉积技术是钛与钛合金3D打印技术的一种，该技术避免了粉末原材料的使用，具有对材料利用率高、沉积速率快、设备简单等优点，并且利用逐层堆积纯钛或钛合金焊丝的方式，已成功制备出多种形状复杂的钛与钛合金构件，具有较好的应用前景。然而以电弧熔丝沉积制备钛基复合材料却未见报道，这是由于钛基复合材料相比钛及其合金，强度提升明显，塑性大大降低，极差的塑性导致钛基复合材料焊丝在拉拔过程中极易发生断裂，且高强度的钛基复合材料焊丝对于目前的焊丝加工设备是难以实现拉丝的，因此以制备钛基复合材料焊丝实现钛基复合材料的3D打印的可行性极低。药芯焊丝是一种内含粉芯的夹心结构焊丝，粉芯成分可调，焊丝可设计性强，对于难加工的钛基复合材料焊丝，可以将其设计成外层为塑性良好的纯钛，内含陶瓷和合金粉末的钛药芯焊丝，有效解决焊丝的加工问题。传统的不锈钢药芯焊丝的制备多采用钢带成型法，经轧制(钢带U形槽→均匀布粉→圈丝成型→轧制减径)、拉拔(粗拔→细拔)过程获得药芯焊丝，若以制备钢药芯焊丝的工艺加工钛药芯焊丝，即钛带成型法，钛自身强烈的加工硬化效应将使焊丝塑性大大降低，经几道次轧制和冷拔后即无法继续减径，焊丝成型难度大。因此，传统的药芯焊丝加工方法无法满足钛药芯焊丝制备，需发明一种适合于制备钛药芯焊丝的工艺。

发明内容

本发明是为了解决现有电弧熔丝沉积技术难以实现钛基复合材料制备的问题，而提供一种用于3D打印钛基复合材料的钛药芯焊丝的制备方法。

本发明一种用于3D打印钛基复合材料的钛药芯焊丝的制备方法按以下步骤进行：

一、采用混合酸洗液对纯钛管清洗1～2min，将酸洗后的纯钛管在无水乙醇中超声清洗10～15min；所述纯钛管的外径为10～6mm，内径为8～4mm，长度为1m，得到待填装纯钛管；