[发明专利]选区激光熔融钛合金抗压强度的结构-成分复合调控方法

说明书

本发明提供了一种选区激光熔融钛合金抗压强度的结构‑成分复合调控方法，属于金属选区激光熔融领域，包括建立多孔结构孔参量与Ti6Al4V合金抗压强度之间的解析关系；建立硼含量与Ti6Al4V合金抗压强度之间的解析关系；将孔参量、硼含量与Ti6Al4V合金抗压强度之间的解析关系带入Gibson‑Ashby经验公式，建立Ti6Al4V合金抗压强度的结构‑成分复合调控模型。本发明在Gibson‑Ashby经验公式的基础上，将结构调控、成分调控两种方法相结合对Ti6Al4V合金的抗压强度进行复合调控，有效增加了Ti6Al4V合金抗压强度的调控范围，可提高材料的可控性，使其能够更好地应用于工业、医疗等领域。

技术领域

本发明属于金属选区激光熔融技术领域，具体涉及一种选区激光熔融钛合金抗压强度的结构-成分复合调控方法。

背景技术

钛及钛合金具有无磁性、高强度、低密度及耐腐蚀等特点，在航空航天、生物医学等领域得到了广泛应用，其中Ti6Al4V合金的应用最为广泛。然而，致密Ti6Al4V合金结构件存在材料冗余导致其轻量化效率低下的问题。从宏观孔结构对其调Ti6Al4V合金制造工艺，如粉末冶金法、料浆发泡法等，由于仅可制备出随机生成的孔隙，因此孔形态大多不规则，导致抗压强度难以控制。

选区激光熔融技术以数字化模型为基础，基于离散-堆积原理，以高能量的激光作为热源对逐层铺展的粉末材料进行扫描、熔凝，最终得到所需的三维模型。选区激光熔融技术能够高精度自由成型多孔结构，并且可通过对支杆直径、支杆数量等孔参量进行设计来改变多孔结构的抗压强度，因此近年来广泛受到学者们的关注。然而多孔结构会大幅降低Ti6Al4V合金的抗压强度，因此可能导致在应用时不能满足抗压强度需求。

研究表明微量硼的加入可增大形核率、抑制晶粒长大从而有效提高Ti6Al4V合金的抗压强度。但单纯通过硼含量对合金的抗压强度进行调控时，仅能获得较为少数的调控点，且调控范围狭小，难以满足Ti6Al4V合金在不同应用背景下范围广阔、多种多样的抗压强度需求。

发明内容

本发明实施例提供一种选区激光熔融钛合金抗压强度的结构-成分复合调控方法，旨在解决仅通过孔参量或硼含量对合金的抗压强度进行调控时，调控范围狭小、可控性差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种选区激光熔融钛合金抗压强度的结构-成分复合调控方法，所述方法包括：

建立多孔结构孔参量与Ti6Al4V合金抗压强度之间的解析关系；

建立硼含量与Ti6Al4V合金抗压强度之间的解析关系；

将孔参量、硼含量与Ti6Al4V合金抗压强度之间的解析关系带入Gibson-Ashby经验公式，建立Ti6Al4V合金抗压强度的结构-成分复合调控模型。

在一种可能的实现方式中，所述建立多孔结构孔参量与Ti6Al4V合金抗压强度之间的解析关系，包括：

采用SLM技术成型多孔Ti6Al4V合金压缩试件；

通过压缩实验对多孔Ti6Al4V合金压缩试件的抗压强度进行测试；

将测得多孔Ti6Al4V合金压缩试件的抗压强度代入Gibson-Ashby经验公式(1)；

求解与孔参量相关的参数C、n；

对内支杆数量为0～12时的参数C、n进行求解，并将12种内支杆直径下的C、n值进行联立，得到C(L)、n(L)，如公式(2)、公式(3)所示；

将C(L)、n(L)代入Gibson-Ashby经验公式(1)，建立孔参量与Ti6Al4V合金抗压强度之间的解析关系，如公式(4)所示；