[发明专利]基于钛合金与碳化硼颗粒错配度调控的增材制造合金粉末

说明书

本发明涉及增材制造合金粉末技术领域，公开一种基于钛合金与碳化硼颗粒错配度调控的增材制造合金粉末，包括B₄C颗粒与钛合金粉末形成的混合物，其中B₄C颗粒与钛合金粉末按照如下任一错配度等级混合：φ≤φ_微临界或φ≥φ_纳临界，其中，按钛合金粉末的质量百分比添加1wt％～7wt％的B₄C颗粒，φ_微临界为添加微米级B₄C颗粒时，出现等轴转变时的错配度临界值；φ_纳临界为添加纳米级B₄C颗粒时，出现等轴转变时的错配度临界值；其中前述错配度φ为钛合金粉末与B₄C颗粒的中值粒径D50的比值。本发明与未进行错配度控制的相比，通过调控错配度，使得增材制造钛合金显微组织得到明显改善，初始柱状β晶粒改变为等轴的β晶粒并且错配度的不同β晶粒得到不同程度的细化。

本申请是基于申请号为2019112150498、申请日为2019年12月02日，发明名称为基于钛合金与碳化硼颗粒错配度控制的增材制造的合金冶金组织调控方法的专利申请而提出的分案申请。

技术领域

本发明属于增材制造领域，涉及对增材制造钛合金组织微观调控技术，特别涉及一种基于钛合金与碳化硼颗粒错配度调控的增材制造合金粉末。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术是材料离散堆积的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除一切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法增材制造，可快速而精密地制造出任意复杂形状的零件，精简制造工序，缩短了成品周期。热源种类包括激光、电弧、等离子、电子束等，涉及材料形式包括粉末和丝材，虽然使用的热源和材料不同但其凝固过程的冶金特征基本相同。此项技术目前在汽车工业、航天航空、医疗器械等多个领域都得到了广泛的应用。

增材制造虽然有众多优点但是增材制造的钛合金(以TC4为例)的微观组织形态为粗大β晶粒，晶内含有众多的针状马氏体，力学性能很差。如何调控钛合金的微观组织，细化晶粒，改善性能，成为人们的关注焦点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于钛合金与碳化硼颗粒错配度的增材制造冶金组织调控方法，使用不同错配度的混合钛金粉末，通过送粉工艺或者铺粉工艺制备出增材制造的钛合金沉样件，使增材制造钛合金的原始柱状β晶粒不同程度的等轴化及细化，由此改善增材制造钛合金的力学性能。

本发明还提出一种基于钛合金与碳化硼颗粒错配度调控的增材制造合金粉末，包括B₄C颗粒与钛合金粉末形成的混合物，其中B₄C颗粒与钛合金粉末按照如下任一错配度等级混合：即φ≤φ_微临界或φ≥φ_纳临界，其中，按钛合金粉末的质量百分比添加1wt％～7wt％的B₄C颗粒，φ_微临界为添加微米级B₄C颗粒时，出现等轴转变时的错配度临界值；φ_纳临界为添加纳米级B₄C颗粒时，出现等轴转变时的错配度临界值。

为改善增材制造原始钛合金的组织而使其具有更好的性能，现在钛合金粉末中引入少量的B₄C颗粒，通过调节钛合金粉末和不同粒径B₄C颗粒的混合(利用Ti和B₄C在熔池内发生的原位自生反应的化学变化以及不同B₄C在熔池内的物理作用)，改变了形核和生长的方式，从而改善其组织。经过大量的实验研究，发现不同粒径B₄C颗粒，使β晶粒得到了不同程度的细化，因此提出了错配度的概念。

钛合金粉末与B₄C颗粒发生原为反应生成TiB+TiC的化学反应如下式所示：

5Ti+B4C→4TiB+TiC