本發(fā)明涉及金屬粉末制備領(lǐng)域，特別是一種含錸3d打印用鈦基合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，3d打印技術(shù)的核心是裝備和材料。隨著3d打印技術(shù)的發(fā)展，3d打印裝備成熟，但目前可用于3d打印的材料種類少、性能不穩(wěn)定，成為制約3d打印技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的瓶頸問題。傳統(tǒng)粉末冶金用的金屬粉末材料還不能完全適應(yīng)3d打印工藝，目前已有的金屬粉末種類少、價(jià)格高、產(chǎn)品化程度低。
鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度、比剛度高，抗腐蝕性能、高溫力學(xué)性能、抗疲勞和蠕變性能好等優(yōu)良的綜合性能，是一種新型的、很有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、化工、核工業(yè)、運(yùn)動(dòng)器材以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但由于鈦及鈦合金的應(yīng)變硬化指數(shù)低(近似為0.15)，抗塑性剪切變形能力和耐磨性差，因而限制了其制件在高溫和腐蝕磨損條件下的使用。錸是一種稀有難熔金屬，不僅具有良好的塑性、機(jī)械性和抗蠕變性能，還具有良好的耐磨損、抗腐蝕性能，對(duì)除氧氣之外的大部分燃?xì)饽鼙３直容^好的化學(xué)惰性。錸及其合金被廣泛應(yīng)用到航空航天、電子工業(yè)、石油化工等領(lǐng)域。
但是，目前的鈦合金通常只能作為結(jié)構(gòu)材料使用，在具有比強(qiáng)度高的同時(shí)，不易堅(jiān)固耐磨損、耐腐蝕等性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種耐磨損、抗腐蝕的鈦合金及其制備方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供的一種含錸3d打印用鈦基合金材料，所述鈦基合金材料以質(zhì)量百分比記含有：
鉬錸合金：12～24％
鈮：1～5％
鉬：2～6％
釩：2～6％
鐵：1～5％
硼：3～8％
銅：2～5％，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)選地，所述鈦基合金材料中各組分的質(zhì)量百分比為：鉬錸合金12％，鈮5％，鉬6％，釩6％，鐵5％，硼8％，銅5％以及鈦5％；其中鉬錸合金中錸的質(zhì)量百分比為15％。
優(yōu)選地，所述鈦基合金材料中各組分的質(zhì)量百分比為：鉬錸合金18％，鈮2％，鉬3％，釩3％，鐵2％，硼5％，銅3％，鈦64％；其中鉬錸合金中錸的質(zhì)量百分比為25％。
優(yōu)選地，所述鈦基合金材料中各組分的質(zhì)量百分比為：鉬錸合金20％，鈮4％，鉬5％，釩4％，鐵3％，硼6％，銅4％，鈦54％；其中鉬錸合金中錸的質(zhì)量百分比為35％。
優(yōu)選地，所述鈦基合金材料中各組分的質(zhì)量百分比為：鉬錸合金24％，鈮1％，鉬2％，釩2％，鐵1％，硼3％，銅2％，鈦65％；其中鉬錸合金中錸的質(zhì)量百分比為45％。
優(yōu)選的，所述鈦基合金材料為合金粉末顆粒。
優(yōu)選的，所述合金粉末顆粒為球形形貌，粒徑為20～120μm，含氧量為0.09～0.14％。
優(yōu)選的，所述鉬錸合金以質(zhì)量％記含有11～50％的錸，余量為鉬和不可避免的雜質(zhì)。
第二方面，本發(fā)明提供一種含錸3d打印用鈦基合金材料的制備方法，依次按照以下步驟進(jìn)行：
(1)將金屬粉末充分混合；所述金屬粉末按質(zhì)量百分比含有：
鉬錸合金：12～24％
鈮：1～5％
鉬：2～6％
釩：2～6％
鐵：1～5％
硼：3～8％
銅：2～5％，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)；
(2)將混合后得到的粉末燒結(jié)并合金均勻化；以及
(3)通過(guò)機(jī)械合金化獲得合金粉末。
第三方面，本發(fā)明提供一種3d打印零件，該零件是由第一方面中所述的鈦基合金材料經(jīng)3d打印制成。
本發(fā)明提供的，具有如下有益效果：應(yīng)用本發(fā)明所提供的含錸3d打印用鈦基合金粉末材料，所得到的的零部件既有鈦合金“輕量化”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，又具有耐磨損、抗腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，突破了鈦合金只能作為結(jié)構(gòu)材料使用的局限性。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明所提供的一種含錸3d打印用鈦基合金材料的制備方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明方案中所有實(shí)施例采用的都是德國(guó)slmsolution公司生產(chǎn)的slm280金屬3d打印設(shè)備。
實(shí)施例一
請(qǐng)參考圖1，取鉬錸合金粉末1.2千克(其中錸含量的質(zhì)量百分比為15％)、鈮粉末0.5千克、鉬粉末0.6千克、釩粉末0.6千克、鐵粉末0.5千克、硼粉末0.8千克、銅粉末0.5千克、鈦粉末5.3千克，所取粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為20～120μm，含氧量為0.09～0.14％。將所取粉末置入混粉機(jī)中混合10分鐘至混合均勻。
將混合粉末燒結(jié)并進(jìn)行合金均勻化處理。
產(chǎn)物通過(guò)機(jī)械合金化，得到粉末成品。機(jī)械合金化是一個(gè)通過(guò)高能球磨使粉末經(jīng)受反復(fù)的變形、冷焊、破碎，從而達(dá)到元素間原子水平合金化的復(fù)雜物理化學(xué)過(guò)程。
合金粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為20～120μm，含氧量為0.09～0.14％。
用所獲得的成品粉末進(jìn)行3d打印，打印參數(shù)為：建造速率：40cm3/h，激光掃描速度：10m/s，分層厚度：30μm。
3d打印零部件的密度、硬度及耐磨性見表1。
實(shí)施例二
取鉬錸合金粉末1.8千克(其中錸含量的質(zhì)量百分比為25％)、鈮粉末0.2千克、鉬粉末0.3千克、釩粉末0.3千克、鐵粉末0.2千克、硼粉末0.5千克、銅粉末0.3千克、鈦粉末6.4千克，所取粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為20～120μm，含氧量為0.09～0.14％。將所取粉末置入混粉機(jī)中混合10分鐘至混合均勻。
將混合粉末燒結(jié)并進(jìn)行合金均勻化處理。
產(chǎn)物通過(guò)機(jī)械合金化，得到粉末成品。
合金粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為20～120μm，含氧量為0.09～0.14％。
用所獲得的成品粉末進(jìn)行3d打印，打印參數(shù)為：建造速率：40cm3/h，激光掃描速度：10m/s，分層厚度：30μm。
3d打印零部件的密度、硬度及耐磨性見表1。
實(shí)施例三
取鉬錸合金粉末2.0千克(其中錸含量的質(zhì)量百分比為35％)、鈮粉末0.4千克、鉬粉末0.5千克、釩粉末0.4千克、鐵粉末0.3千克、硼粉末0.6千克、銅粉末0.4千克、鈦粉末5.4千克，所取粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為20～120μm，含氧量為0.09～0.14％。將所取粉末置入混粉機(jī)中混合10分鐘至混合均勻。
將混合粉末燒結(jié)并進(jìn)行合金均勻化處理。
產(chǎn)物通過(guò)機(jī)械合金化，得到粉末成品。
合金粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為20～120μm，含氧量為0.09～0.14％。
用所獲得的成品粉末進(jìn)行3d打印，打印參數(shù)為：建造速率：40cm3/h，激光掃描速度：10m/s，分層厚度：30μm。
3d打印零部件的密度、硬度及耐磨性見表1。
實(shí)施例四
取鉬錸合金粉末2.4千克(其中錸含量的質(zhì)量百分比為45％)、鈮粉末0.1千克、鉬粉末0.2千克、釩粉末0.2千克、鐵粉末0.1千克、硼粉末0.3千克、銅粉末0.2千克、鈦粉末6.5千克，所取粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為20～120μm，含氧量為0.09～0.14％。將所取粉末置入混粉機(jī)中混合10分鐘至混合均勻。
將混合粉末燒結(jié)并進(jìn)行合金均勻化處理。
產(chǎn)物通過(guò)機(jī)械合金化，得到粉末成品。
合金粉末顆粒均為球形形貌，粒徑為20～120μm，含氧量為0.09～0.14％。
用所獲得的成品粉末進(jìn)行3d打印，打印參數(shù)為：建造速率：40cm3/h，激光掃描速度：10m/s，分層厚度：30μm。
3d打印零部件的密度、硬度及耐磨性見表1。
表1四種實(shí)施例中材料密度硬度相對(duì)耐磨性對(duì)照表
其中密度采用排水法測(cè)量，先用天平測(cè)出質(zhì)量m；用量筒測(cè)出體積v；用公式p＝m/v計(jì)算密度。
所打硬度均采用hr—150a洛氏硬度機(jī)，載荷為150kg，對(duì)3d打印零部件取五點(diǎn)打硬度，最后得到該零部件的平均洛氏硬度值。
磨損實(shí)驗(yàn)采用mls-225型濕式橡膠輪磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)。
在3d打印零部件中取六個(gè)57×25×5mm磨損式樣，磨損實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：橡膠輪轉(zhuǎn)速：240轉(zhuǎn)/分，橡膠輪直徑：178mm，橡膠輪硬度：60(邵爾硬度)，載荷：10kg，磨損時(shí)間：250s，橡膠輪轉(zhuǎn)數(shù)：約1000轉(zhuǎn)，磨料：40～70目的石英砂。材料的耐磨性能用磨損的失重量來(lái)衡量。在實(shí)驗(yàn)前、后，將試件放入盛有丙酮溶液的燒杯中，在超聲波清洗儀中清洗3～5分鐘，實(shí)驗(yàn)時(shí)用q235鋼作為對(duì)比，對(duì)比件失重量與測(cè)量件失重量之比作為該配方的相對(duì)耐磨性。相對(duì)耐磨性
從表1可以看出，打印出的零部件hrc>45，擁有良好的硬度；相對(duì)耐磨性為q235鋼的14倍以上，同時(shí)材料的密度雖然略大于純鈦(4.5g/cm3)，但是遠(yuǎn)小于鋼(7.85g/cm3)；因此，本發(fā)明所提供的含錸3d打印用鈦基合金材料既可以是打印出的零部件輕量化，又達(dá)到了耐磨損、抗腐蝕的功能化要求。
以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種含錸3d打印用鈦基合金材料及其制備方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。