[发明专利]基于SLM成型的纳米颗粒增强钛基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种基于SLM成型的纳米颗粒增强钛基复合材料，其特征在于，所述纳米颗粒增强钛基复合材料由增强相和基体复合后经SLM成型获得，所述增强相包含第一增强相，所述第一增强相为纳米陶瓷颗粒，所述基体为钛合金粉末，所述钛合金粉末为α+β双相钛合金，α相与β相的相比例范围为(30:70)～(45:55)；

所述钛基复合材料中，所述纳米陶瓷颗粒的质量分数为0.1～5.0wt％；

所述纳米陶瓷颗粒中含有碳化钛、碳化硼、碳化硅、氮化钛、氮化硅、氮化硼或硼化钛中的一种或多种混合；

所述纳米陶瓷颗粒的平均粒径为15～40nm；

所述钛合金粉末的粒径为15～53μm；

所述钛合金粉末为TC4钛合金粉末；

所述增强相还包含第二增强相，所述第二增强相为金属氧化物颗粒；

所述金属氧化物颗粒选自含铝或钛的金属氧化物中的一种或多种；

所述钛基复合材料中，所述金属氧化物颗粒的质量分数为0.01～5wt％；

所述金属氧化物颗粒的平均粒径为10nm～500μm。

2.根据权利要求1所述的一种基于SLM成型的纳米颗粒增强钛基复合材料，其特征在于，所述增强相还包含第三增强相，所述第三增强相为稀土粉末。

3.根据权利要求2所述的一种基于SLM成型的纳米颗粒增强钛基复合材料，其特征在于，所述稀土粉末的元素种类选自La、Nd、Sm或Y中的一种或多种复合；

所述钛基复合材料中，所述稀土粉末的质量分数不大于2.0wt％；

所述稀土粉末的平均粒径为5～8μm。

4.一种如权利要求1所述的纳米颗粒增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括两个阶段，第一阶段为高能球磨制备钛基复合粉末阶段，第二阶段为SLM成型制备纳米颗粒增强钛合金复合材料阶段，

(I)高能球磨制备颗粒增强钛基复合粉末阶段：

(1)取纳米陶瓷颗粒和钛合金粉末混合后置于球磨罐中，对球磨罐进行反复抽真空及氩气填充，待球磨罐中的空气排出后向球磨罐中通入氩气，采用间歇式球磨方式进行高能球磨，得到纳米陶瓷颗粒和钛合金粉末均匀混合的钛基复合粉末；

(II)SLM成型制备纳米颗粒增强钛基复合材料阶段：

(a)在计算机中应用软件构建三维实体模型，并通过激光束扫描路径规划对三维实体模型进行分层分析；

(b)在SLM打印设备的成型仓内放置钛合金基板，将得到的钛基复合粉末装入粉料缸内，密封成型仓，并开启循环除气净化系统，使成型仓内为负压状态；

(c)新建工程任务，并设定SLM成型工艺参数，之后进行成型，最后得到纳米颗粒增强钛基复合材料。

5.根据权利要求4所述的一种纳米颗粒增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，采用行星式球磨机进行高能球磨，球磨罐采用不锈钢罐体或陶瓷罐体，采用陶瓷球或玛瑙球作为球磨介质；

球磨过程中，球磨罐中的气压控制在0.3～0.5MPa的正压状态，球磨的球料比为(5:1)～(1:2)，球磨转速为100～150r/min，球磨过程总时间为1～8h，采用间歇式球磨方式，每球磨5～10min，冷却5～10min。

6.根据权利要求4所述的一种纳米颗粒增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，分层分析时每层设定25～50μm；

步骤(b)中，开启循环除气净化系统对成型仓抽真空后充入氩气，使成型仓内的压力值为0.7～0.9atm。

7.根据权利要求4所述的一种纳米颗粒增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，SLM成型工艺参数为：激光功率为100～300W，扫描速度为600～1500mm/s，铺粉层厚为25～60μm，搭接距离为100～200μm，粉末的每层供应量为理论计算粉末使用量的1.2～2.0倍。