[发明专利]一种3D打印细晶钛合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种3D打印细晶钛合金及其制备方法，所述钛合金的元素组成按质量分数计包括：Al 3～5％，B 0.05～0.15％，C 0.3～0.6％，余量为Ti和其他杂质元素。本发明所述细晶钛合金通过硼、碳元素的掺入，能够有效细化合金的晶粒，提高合金强度，且不降低塑性性能，以替代目前应用广泛的Ti6Al4V材料；所述细晶钛合金中不含昂贵、有害的钒元素，能够有效降低合金的成本，且绿色环保；所述细晶钛合金通过采用3D打印法进行制备，使其更加适合于形状复杂、难加工的零件的制备，降低制备难度，节省时间及人力成本。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种3D打印细晶钛合金及其制备方法。

背景技术

金属3D打印技术具有尺寸精度高、表面质量好、成形件性能优异等优点，其成型过程是由粉末或丝材层层堆积而成，材料利用率高，产品生产开发周期短，同时对产品的形状几乎没有限制，可直接成型网格、空腔等复杂结构，因此常被用于制造形状复杂、难加工的零件，被各国优先推广，在众多领域应用广泛。

钛合金是一种新兴结构金属，由于其具有高比强度，极好的耐热性，超强的耐腐蚀性等优点，被广泛运用于航空航天、医疗等领域，但由于钛的熔点极高，属于难熔金属，且极易与氧发生反应，因而熔炼成本很高，又由于钛的热膨胀系数较低，所以钛合金加工难度大，加工成本很高。纯的金属钛密度较低，耐蚀性好，应用较为广泛，但由于钛材料自身强度的限制，其强度性能有限，往往需要使用钛合金，其中应用最广泛的是Ti6Al4V合金，然而由于V属于稀缺资源，导致该合金的成本较高。

CN 101501228A公开了一种制备高强度、高硬度和高韧性的钛合金的方法，该方法包括：将硼与钛合金结合，使硼改性钛合金中的硼浓度不超过共晶限值，维持硼改性钛合金中的碳浓度低于预定限值以避免脆裂，将硼改性合金加热至β相变温度以上，以去除过饱和的过量硼，以及以足够慢的速度使硼改性钛合金变形，以防止微观结构的破坏和韧性的降低；该方法所用的钛合金为钛铝钒等合金，再掺入硼以提高其力学性能，但该方法中硼的掺入工艺较为复杂，难以控制，初始钛合金的强度较大，硼难以均匀掺入。

CN 101392338A公开了一种复合强化的高强度高弹性模量钛合金，其包含的各组分元素及其质量百分比含量为Ai 5.1～6.5％，V 3.3～4.3％，B 0.06～0.91％，C 0.07～1.27％，余量为钛，其中钒是以铝钒中间合金的形式加入的，将各原料组分混合后压制成电极，装入电弧炉中，熔炼获得含有增强相TiB和TiC的钛合金铸锭，在β相区对钛合金铸锭进行开坯锻造，随后在α和β两相区进行常规锻造，锻造完成后，除去表面的氧化皮及缩孔偏析和夹杂缺陷，得到所述钛合金；该钛合金组成上仍含有成本较高的钛，难以显著降低成本，且未明确该合金的晶粒及塑性性能。

综上所述，对于钛合金中元素种类的选择，需要能够显著降低成本，同时能够提高综合力学性能，所述方法能够适合复杂结构成型件的制备。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种3D打印细晶钛合金及其制备方法，所述细晶钛合金通过硼、碳元素的掺入，能够有效细化合金的晶粒，提高合金强度，该合金中不含目前钛合金常加入的钒元素，能够有效降低合金的成本；通过采用3D打印法进行制备，使其更加适合于形状复杂、难加工的零件的制备，降低制备难度，节省时间及人力成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种3D打印细晶钛合金，所述钛合金的元素组成按质量分数计包括：Al 3～5％，B 0.05～0.15％，C 0.3～0.6％，余量为Ti和其他杂质元素。