[发明专利]一种钛合金轴类零件增材强化用粉末及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钛合金轴类零件增材强化用粉末，由以下质量百分含量的成分组成：Co 1％～3％，W 3％～5％，Fe 2％～4％，Mo 6％～10％，Ni 11％～13％，余量为Ti和不可避免的杂质；本发明还公开了一种钛合金轴类零件增材强化用粉末的制备方法，将各元素粉末混合后进行球磨；本发明还公开了一种钛合金轴类零件增材强化用粉末的应用。本发明在钛元素基体中加入Fe、Ni、Mo、Co和W元素，保证了增材强化用粉末与钛合金轴类零件良好的融合性，同时提高了增材强化用粉末耐磨损性能；本发明的方法提高了增材强化用粉末的成分均匀性；本发明的应用提高了钛合金轴类零件表面的耐磨性能、显微硬度及工作强度。

技术领域

本发明属于增材粉末制备技术领域，具体涉及一种钛合金轴类零件增材强化用粉末及其制备方法和应用。

背景技术

钛合金增材过程是一个高能瞬态冶金过程，过程中材料的熔化、凝固和冷却都是在极短的时间内完成。若增材粉末选择不当，成形件中容易出现球化、裂纹、孔隙以及翘曲变形等缺陷，严重影响其成形精度和力学性能。

目前已公开的学术论文或者专利中，申请号为201910811099.6的发明专利公开了一种增材制造用钛合金粉末，采用该粉末进行激光沉积，可消除未熔合、缩孔、缩松等缺陷，制造的钛合金构件内部组织均匀致密、强度较高。也有研究(高压EIGA法制备Ti6Al4V合金粉末及其3D可打印性[J].中国有色金属学报(英文版)2020,01,147-159)采用电极感应熔炼气雾化设备制备传统钛合金TC4粉末，制备的钛合金粉末具有良好的3D可打印性，电极感应熔炼气雾化制备的TC4合金的力学性能超过铸造或锻造件。目前大多研究基本都是针对3D构件成形需求而研究的制粉技术，用于零件的整体打印成形。但关于钛合金表面强化的增材强化用粉末却鲜有涉及。

钛合金轴类零件表面硬化主要通过表面感应淬火、超声滚压、喷丸强化等方法进行，但对于钛合金轴硬度的提高效果较为有限。使用增材强化用钛粉对钛合金轴类零件表面激光熔覆，可显著提高钛合金轴硬度，且具有高效、较低成本等优点。因此，对钛合金轴类零件增材强化用粉末进行研究是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种钛合金轴类零件增材强化用粉末。本发明的钛合金轴类零件增材强化用粉末以钛元素为基体，保证了增材强化用粉末与钛合金轴类零件良好的融合性，同时通过加入适量的Fe、Ni、Mo、Co和W元素，在保证不影响增材强化用粉末焊接性和润湿性的前提下，对钛基体进行元素强化，有效提高了增材强化用粉末耐磨损性能，使其适用于钛合金轴类零件。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钛合金轴类零件增材强化用粉末，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：Co1％～3％，W 3％～5％，Fe 2％～4％，Mo 6％～10％，Ni 11％～13％，余量为Ti和不可避免的杂质。

本发明针对钛合金轴类零件设计增材强化用粉末，选择以钛元素为基体，保证了增材强化用粉末与钛合金轴类零件良好的融合性，并在钛元素基体中加入适量的Fe、Ni、Mo、Co和W元素，在钛基体中Fe元素属于β稳定元素，显著降低了增材强化用粉末的相变温度，提高淬透性，进而提高了粉末强化后的钛合金轴类零件内部力学性能，降低了粉末在钛合金轴类零件表面强化形成的熔覆层间性能差异，避免了Fe含量过高产生偏析、导致形成β斑型冶金缺陷；同时加入11％～3％的Ni元素提高钛合金轴类零件的耐磨性，引入熔点较高的Co和W在粉末合金中固溶形成强化相，提高了熔覆层的强度，通过加入Mo元素提高粉末合金的强度、耐热性和耐蚀性，并结合后续淬火时效显著提高钛合金轴类零件的强度，避免了Mo含量过高形成Mo夹杂和偏析、降低粉末合金的塑性、抗氧化性和可焊接性能。本发明成分组成的粉末在保证不影响增材强化用粉末焊接性和润湿性的前提下，对钛基体进行元素强化，有效提高了增材强化用粉末耐磨损性能，使其适用于钛合金轴类零件。