[发明专利]一种电子束熔丝沉积超细网状结构钛基复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种电子束熔丝沉积超细网状钛基复合材料的方法，包括以下步骤：首先对钛合金丝材表面进行渗硼处理，再利用电子束熔丝沉积技术将渗硼处理后的钛丝进行快速成形。本发明提供电子束熔丝沉积超细网状钛基复合材料的方法，突破了钛基复合材料丝材加工难度大的局限性；同时可对电子束熔丝沉积后复合材料内部增强相分布进行有效调控，能够制备出具有较高的强韧性的超细网状结构钛基复合材料。此外，该工艺适用性强，工艺流程短，大大拓宽钛基复合材料的制备与应用范围。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料领域，具体涉及一种电子束熔丝沉积超细网状结构钛基复合材料的方法。

背景技术

轻质、高强度、高刚度的非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)已经成为航空航天领域中关键候选材料。然而，由于增强体存在，提高了复合材料高温变形抗力，在高温变形时易发生局部塑性流变，加大了钛基复合材料热变形加工难度，严重限制了钛基复合材料的应用范围。

增材制造法增材制造具有快速、柔性、可设计性等特点，无需二次热变形加工，即可直接获得尺寸形状与性能匹配的钛基复合材料产品，特别适合钛基复合材料制造。中国专利号ZL201110352107.9ZL200810136852.8，公开了名称为一种原位钛基复合材料及零件的制备方法的专利，其利用激光熔化沉积法制备出的TiC和/或TiB增强钛基复合材料，但是复合材料的塑韧性较低。中国专利号ZL200810136852.8，公开了名称为TiBw/Ti合金基复合材料的制备方法的专利，其采用粉末冶金法制备出的一种网状结构TiB增强钛基复合材料，不仅具有较高的强度，而且塑韧性较增强相均匀分布的复合材得到改善。因此，将网状结构引入钛基复合材料中可以有效改善材料的塑韧性。

电子束熔丝沉积技术是一种新兴的增材制造方法，具有能量高、束流可控、加工速度快、真空环境不易污染等优点，在钛、钨等高熔点易氧化的金属及合金的加工上具有重要作用。经现有的技术文献检索发现，目前电子束熔丝沉积技术主要用于制备钛合金与镍基合金等，而有关电子束熔丝沉积制备钛基复合材料的研究未见报道，电子束熔丝沉积制备网状结构钛基复合材料更是没有。其原因一方面是电子束熔丝沉积工艺所需的原材料为丝材，颗粒增强钛基复合材料塑韧性差，难以加工成丝；另一方面是快速凝固法不同于粉末冶金法，无法先将增强相分布于大颗粒周围，然后通过烧结获得网状结构，该方法对增强相分布调控难度大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的这些问题，提供一种电子束熔丝沉积超细网状结构钛基复合材料的方法，可获强韧性俱佳的超细网状结构钛基复合材料，为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种电子束熔丝沉积超细网状结构钛基复合材料的方法，包括以下步骤：

(1)首先对钛合金丝材表面进行渗硼处理；

(2)再利用电子束熔丝沉积技术将渗硼处理后的钛丝进行快速成形。

所述的钛合金丝材为TC4或纯钛。

所述的钛合金丝材表面进行渗硼处理，具体工艺参数是：硼源BCl₃，渗硼温度800℃，电压700V。

所述的渗硼处理钛丝，其硼含量0.2～1.2wt.％。

所述的电子束熔丝沉积工艺，具体工艺参数是：熔丝电流15～25mA，电压60kV，行进速度200mm/min，送丝速度2r/min，真空度优于5×10^-2Pa。