[发明专利]一种3D打印细晶钛合金及其制备方法

权利要求书

1.一种3D打印细晶钛合金，其特征在于，所述钛合金的元素组成按质量分数计包括：Al3～5％，B 0.05～0.15％，C 0.3～0.6％，余量为Ti和其他杂质元素。

2.根据权利要求1所述的细晶钛合金，其特征在于，所述其他杂质元素包括N、H和O；

优选地，所述其他杂质元素按质量分数计包括：N≤0.03％，H≤0.01％，O≤0.15％。

3.根据权利要求1或2所述的细晶钛合金，其特征在于，所述钛合金的铸态晶粒尺寸为100～300μm。

4.一种权利要求1-3任一项所述细晶钛合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将海绵钛、铝单质、铝钛硼中间合金、硼单质和碳粉按照元素质量分数进行配比后进行真空熔炼，得到样品基材；

(2)将步骤(1)得到的样品基材采用气雾化法制备合金粉末，再经筛分得到3D打印用合金粉末；

(3)将步骤(2)得到的3D打印用合金粉末采用选区激光熔化法制备合金试样，再经热处理，得到所述3D打印细晶钛合金。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述海绵钛包括0级海绵钛；

优选地，步骤(1)所述铝单质的纯度在99.99％以上；

优选地，步骤(1)所述碳粉的纯度在99.9％以上。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铝钛硼中间合金中的元素组成按质量分数包括：Ti 2.5～3.5％，B 0.9～1.1％，余量为Al；

优选地，以铝钛硼中间合金形式加入的硼元素占钛合金中硼元素的比例为35～45％。

7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述真空熔炼在真空自耗熔炼炉中进行；

优选地，步骤(1)所述真空熔炼的次数至少为2次，优选为2～3次；

优选地，步骤(1)所述真空熔炼时的真空度低于10^-2Pa；

优选地，步骤(1)所述真空熔炼的温度为1680～1720℃，时间为5～10min。

8.根据权利要求4-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述气雾化法进行前，先将样品基材去除表面氧化皮；

优选地，步骤(2)所述气雾化法为：先将样品基材熔化，然后采用气体喷射成雾状，再经冷凝形成合金粉末；

优选地，所述样品基材熔化和雾化时的真空度独立地不高于10^-2Pa；

优选地，步骤(2)所述筛分后得到的3D打印用合金粉末的粒径范围为15～53μm。

9.根据权利要求4-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述选区激光熔化法为3D打印成型方法，采用激光将合金粉末熔化，烧结凝固后重复铺粉，层层堆叠形成合金试样；

优选地，步骤(3)所述热处理方式为退火热处理；

优选地，所述退火温度为600～700℃，保温时间为1～2h；

优选地，所述退火处理后合金试样随炉冷却。

10.根据权利要求4-9任一项所述的热处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将0级海绵钛、铝单质、铝钛硼中间合金、硼单质和碳粉按照元素质量分数进行配比，所述铝钛硼中间合金中的元素组成按质量分数包括：Ti 2.5～3.5％，B 0.9～1.1％，余量为Al，以铝钛硼中间合金形式加入的硼元素占钛合金中硼元素的比例为35～45％，然后进行真空熔炼，所述真空熔炼的次数至少为2次，真空熔炼时的真空度低于10^-2Pa，真空熔炼的温度为1680～1720℃，时间为5～10min，得到样品基材；

(2)将步骤(1)得到的样品基材先去除表面氧化皮，然后采用气雾化法制备合金粉末，所述气雾化法为：先将样品基材熔化，然后采用气体喷射成雾状，再经冷凝形成合金粉末，再经筛分得到粒径范围为15～53μm的3D打印用合金粉末；

(3)将步骤(2)得到的3D打印用合金粉末采用选区激光熔化法制备合金试样，再进行退火热处理，所述退火温度为600～700℃，保温时间为1～2h，退火处理后合金试样随炉冷却，得到所述3D打印细晶钛合金。