[发明专利]一种相组织连续可调的钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种相组织连续可调的钛合金的制备方法，包括将TA15粉末和316L粉末进行混合得到混合粉末，其中，所述316L粉末占混合粉末的含量为1～9wt.％；将混合粉末进行球磨、干燥和筛粉得到混合合金粉末；通过激光金属沉积方法将混合合金粉末沉积在基板上得到钛合金。通过本申请，能够通过逐渐增加316L粉末的量，将制备得到的钛合金由α相连续调控为β相，从而实现力学性能的精确调控，满足定制力学性能的需求。本发明还公开了采用所述相组织连续可调的钛合金的制备方法制备得到的相组织连续可调的钛合金。

技术领域

本发明属于金属合金领域，具体涉及一种相组织连续可调的钛合金及其制备方法。

背景技术

钛合金以其较高的比强度、断裂韧性和优异的抗氧化性能在航空航天结构材料领域受到广泛关注和研究。钛合金还具有较高的损伤容限和锻造、铸造性能。这些突出的优势使得钛合金大量应用于航空航天工业、化学工业、交通运输和海洋航运业中。TA15(Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V)是最受欢迎的中强度近α钛合金之一，其具有良好的热强性和焊接性以及出色的切削加工性，因此广泛应用于焊接结构件、承力结构件以及大型整体部件的制造。相较于广泛使用的α+β双相钛合金TC4(Ti-6Al-4V)，TA15具有更高的工作温度(450-500℃)，且在中高温下具有更好的力学性能。

金属增材制造技术是一种集CAD技术、路径算法理论于一体的快速制造成型技术，可实现无模具快速自由成形，多材料任意复合制造，且具有全数字化、高柔性的特点。增材制造以3D模型为基础，通过软件对模型进行切片计算与处理，构建逐层打印路径，通过逐层堆积来获得最终合金零件。其中，激光金属沉积技术是以激光为能量源，氩气同步送粉来实现的。该技术具有气氛保护、操作简便、成型效率高、成型零件尺寸限制小、可用于材料修复等优点。近年来增材制造技术，尤其是激光金属沉积(Laser Metal Deposition)技术，被认为是用于生产航空航天工业大规模集成TA15所需的复杂几何形状零件的有前途的技术。

钛合金的导热系数较低，传统加工方式会导致切削温度过高以致损坏加工刀具，同时传统钛合金加工工艺路径难度大、技术上困难，而且经济上昂贵，这限制了钛合金的广泛生产与应用。而激光增材制造为钛合金提供了新的加工和成型路线，可以有效地生产高质量的部件，LMD技术由于同轴送粉的特点，其成形零件的尺寸限制较少，可进行大型复杂零件和梯度材料的成形，此外还可实现对受损零件的非破坏性局部修复，大大拓宽了钛合金生产、制造与应用的范围，为钛合金后续实际应用奠定了良好的生产加工基础。

钛合金中α与β相作为主要的组成相，它们在合金中的存在形态与相含量将对钛合金的显微组织与力学性能产生重要的影响。通过传统加工工艺与热处理制度对钛合金显微组织与力学性能的调控是阶段式和跨越式的，其调控存在组织、性能跨度大，差异显著的特点，对于显微组织的微调与力学性能的需求化定制难以实现，目前仍面临较大的挑战。目前，传统工艺中通过微调合金成分实现材料显微组织与力学性能的改进的方式由于元素添加量的差异将导致成分偏析与力学性能局域化差异的问题，处理方法复杂繁琐且效果不佳，仍无法得到较好的解决。

因此，如何通过相调控实现材料显微组织与力学性能的精确及连续调控是目前面临的关键问题。

发明内容

本申请的目的为提供了一种相组织连续可调的钛合金及其制备方法，通过本申请，能够通过逐渐增加316L粉末的量，将制备得到的钛合金由α相连续调控为β相，从而实现力学性能的精确调控，满足定制力学性能的需求。

为了达到上述目标，本申请提供了一种相组织连续可调的钛合金的制备方法，包括：

将TA15粉末和316L粉末进行混合得到混合粉末，其中，所述316L粉末占混合粉末的含量为1～9wt.％；

将混合粉末进行球磨、干燥和筛粉得到混合合金粉末；