[发明专利]基于电子束双丝熔丝原位增材制备钛铝金属间化合物的方法

说明书

本发明公开了一种基于电子束双丝熔丝原位增材制备钛铝金属间化合物的方法，该方法包括如下步骤：前期准备、原位增材、增材构件冷却：将原位增材的钛铝金属间化合物构件置于真空环境下冷却，直至冷却至室温。本发明采用熔丝增材方式，既实现了材料的一体化成形，又因其加工效率高，能够制备大型构件。本发明解决了TiAl金属间化合物具有较差的室温塑性，无法制备其丝材的问题，提出采用双丝进料的方法，通过控制送丝速度，获得特定成分比例的钛铝金属间化合物。本发明在真空环境下进行的电子束熔丝增材，电子束的高能量密度能够起到明显的提纯的作用，避免了杂质元素对材料性能的影响。

技术领域

本发明涉及钛铝金属间化合物制备技术领域，具体涉及基于电子束双丝熔丝原位增材制备钛铝金属间化合物的方法。

背景技术

金属间化合物作为高温结构材料在航空航天领域具有广阔的应用前景，其中TiAl金属间化合物以其低密度(3.3-4.2g/cm³)，高强度，优异的高温抗氧化性、抗蠕变性以及阻燃性能而受到广泛关注。但TiAl金属间化合物的室温塑性低，热变形能力差，切削困难，限制了其实际应用。现阶段主要的成形方法是铸造和高温锻压，但其工艺复杂，加工成本高，且难以制备复杂结构件。

公开号为CN201610655646.2的发明专利公开了高洁净度的钛铝金属间化合物和高纯度钛合金的感应熔铸方法，该方法采用无坩埚或半高坩埚辅助约束金属液的感应悬浮熔炼技术和底漏式浇铸方式，解决了非水冷坩埚导致的合金洁净度降低和水冷坩埚导致的能效偏低问题。但是该方法只适合生产钛铝金属间化合物铸锭，制备具体构件还需要后续加工。公开号为CN201910064302.8的发明专利公开了快速制备TiAl合金板材的方法，该方法包括如下步骤：TiAl合金板坯准备、TiAl合金板坯包套、TiAl合金前期包套轧制、TiAl合金后期包套轧制、去应力退火及包套去除。且本发明采用的TiAl合金适用于Al含量不高于44.5％。该方法制备钛铝金属间化合物板材需要步骤复杂，制作成本较高。

增材制造采用逐层沉积，实现了近净成形，大大提高了材料利用率，降低了制备成本，是制备TiAl金属间化合物的理想工艺，例如激光选取熔化、激光选取烧结、电子束选区熔化等。公开号为CN201910787395.7的发明专利公开了一种TiAl+Ti2AlNb复合材料激光熔化沉积制备的方法。本发明采用的激光熔化沉积方法进行TiAl+Ti2AlNb复合材料的成形，是通过调整Ti2AlNb的添加量，使其在复合材料组织中起到“钉扎”作用，调高材料整体塑性。上述增材工艺均采用合金粉末充分混合，利用激光或者电子束作为热源，逐层沉积，获得一定形状的增材构件，解决了TiAl金属间化合物成形问题。但由于粉末冶金特性，上述方法获得构件致密度较差，存在大量缺陷，同时增材效率不高，无法实现大型构件制备。

在熔丝增材制造技术中常用的热源包括：电弧、等离子弧、电子束等，电弧和等离子弧均在保护气氛围下使用，电子束则在真空环境下熔化丝材。

公开号为CN201910848831.7的发明专利公开了一种TiAl合金构件的快速近净成形方法，采用熔化极气体保护焊增材制造的方式进行成形。但是铝和钛均为活泼金属，具有较强的氧气敏感性，因此该方法存在明显的氧化增重现象，同时杂质引入可能会造成材料性能降低。此方法还需要添加辅助热源进行基板预热，大的冷却速度极易引起开裂。另外，该方法仅能制备42～49at.％的钛铝金属间化合物，具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供钛铝金属间化合物及其构件的制备方法，用于解决钛铝金属间化合物构件加工困难，制备成本高以及难以实现小批量生产的缺点，同时可用于钛铝金属间化合物的前期试验。

实现本发明目的为解决其技术问题所采用的技术方案为：

基于电子束双丝熔丝原位增材制备钛铝金属间化合物的方法，该方法包括如下步骤：