[发明专利]自生内嵌超细网状结构增强体的钛基复合材料增材制造方法

说明书

本发明公开了一种自生超细网状结构增强体的钛基复合材料增材制造方法，涉及金属基复合材料领域。包括如下步骤：真空自耗电弧熔炼技术制得标准钛基复合材料棒材；无坩埚气雾化法制备钛基复合材料粉末；筛分的钛基复合材料粉末，激光3D打印沉积，设定三维形状、工艺参与激光扫描策略，氩气保护下增材制造，即得内嵌超细网状结构钛基复合材料；解决该材料复杂结构件加工制造难的关键技术问题，避免了传统机械混粉后3D打印时引入增强体团聚、分布不均等关键问题，得到特殊的由亚微米级超细TiB排列成的原位网络结构，实现增强体分布的调控和基体组织的等轴化，对基于增材制造的超细结构钛基复合材料制备具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料领域，尤其涉及一种自生超细网状结构增强体的钛基复合材料增材制造方法；具体涉及一种基于激光 3D 打印直接沉积技术原位自生制备亚微米颗粒网状分布的钛基复合材料制备方法。

背景技术

钛合金材料是各行各业不可或缺的具有重要地位的一类重要材料。随着科学技术的进一步发展，越来越要求钛合金材料在多场服役条件下具有高强韧、高模量等性能。在钛合金基体中通过添加颗粒、晶须和纤维等“增强体”，能够制备出具有特殊性能要求的钛基复合材料，在航空航天、兵器、船舶等领域具有不可替代的应用价值。然而，陶瓷颗粒等微米颗粒增强体由于与金属材料的物性差异，导致界面微区应力集中，大大降低了钛基复合材料的塑韧性与损伤容限，使其无法胜任主承力构件，已成为制约装备应用发展的瓶颈。相比较之下，增强体细化到亚微米尺度可以有效缓解界面热适配和应力集中，以及通过调控增强体的分布，是增强体呈现多级构型结构，可以优化微观应力传递，缓解应力集中造成的微区失效进程，提高材料的塑韧性。因此，通过调控增强体的尺度和空间分布状态，使钛基复合材料微观组织设计中具有增强区和韧化区，可在一定程度上改善钛基复合材料的综合力学性能。

金属激光 3D 打印直接沉积技术属于增材制造技术中的一种，是基于“逐层堆积”的思想，通过多层的累加，得到所需的构件的新型制造技术。该技术在复杂构件的制备方面具备极其巨大的优势，无模具、一步制备出所需结构，极大缩短了工件的生产周期，降低了研发成本，在航空航天、工业、医疗等领域都已有较多的应用。将高比强度与比刚度的颗粒增强钛基复合材料与先进激光增材制造技术相结合是近年的研究热点之一，克服钛基复合材料由于内含硬质颗粒增强相而存在的难加工问题，实现高性能钛基复合材料的近净成形加工。不仅如此，本申请中钛基复合材料基体中呈现超细网状结构。因此，利用金属激光 3D打印直接沉积技术可以一次制备出多尺度和网状耦合强韧化钛基复合材料，提高材料的加工硬化能力，改变传统复杂构件加工制造路线。

目前，国内外采用的钛基复合材料增材制造方法，多是先采用混粉方法先得到基体合金粉末与陶瓷增强体混合均匀的混合粉末，再用于增材制造。这种方法虽然简单可行，成本较低，但仍然存在较大的技术问题。利用混粉后 3D 打印钛基复合材料存在混粉效果难以保证，中途易于使氧含量升高，增材制造过程粉末熔化不完全，所得材料增强体团聚等缺点。不仅无法保证激光 3D 打印直接沉积钛基复合材料的组织中无冶金缺陷，也无法对增强体的分布进行有效调控与设计。因此，减少钛基复合材料中组织的缺陷数量，实现增强体分布的调控，成为研究者们关注的重点方向之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自生超细网状结构增强体的钛基复合材料增材制造方法，实现了对增强体分布和基体组织调控，解决了常规直接混粉后用于增材制造导致的增强体团聚、孔洞等缺陷问题。

为实现本发明的上述发明目，本发明提供如下技术方案：一种自生超细网状结构增强体的钛基复合材料增材制造方法，包括以下步骤：

A、将钛与添加剂或钛合金与添加剂通过真空自耗电弧熔炼方法制备得到具有增强体的钛基复合材料棒材；

B、将钛基复合材料棒材机械加工，通过无坩埚气雾化法制备出增强体内嵌于基体合金粉末内的钛基复合材料粉末；

C、筛分所制备的钛基复合材料粉末，获得不同粒径的钛基复合材料粉末；