一種TiAl合金零件的快速成形方法技術

本發明專利技術公開了一種TiAl合金零件的快速成形方法，將TiAl合金粉末和添加元素粉末混合，球磨后加入到光固化單體溶劑中，再加入分散劑、光引發劑、消泡劑，混合均勻得到漿料；將制備好的漿料利用紫外線光束，根據零件的三維模型逐層、逐點進行固化打印，得到固化成形的TiAl合金坯體；最后合金坯體放入到燒結爐中進行脫脂和熱等靜壓，得到TiAl合金。本發明專利技術方法實現復雜零件的近凈成形，解決TiAl合金熱加工易開裂等性能差的缺點，擺脫了傳統加工方式對模具的依賴性，縮短加工時長，節約成本。同時該合金零件達到致密化的效果，實現了TiAl合金零件的批量制備。

Rapid forming method for TiAl alloy parts

The invention discloses a method for rapid prototyping parts of TiAl alloy, TiAl alloy powder and mixed powder adding elements, after milling to join the light curing monomer in a solvent, adding dispersant, initiator, defoaming agent, mixing slurry; the slurry prepared by ultraviolet light, according to the 3D model of the part layer by layer point, curing printing, TiAl alloy billet solidification; finally, alloy blank into the sintering furnace for degreasing and hot isostatic pressing, TiAl alloy. The method of the invention realizes the near net shape of the complex parts, solves the defects of poor thermal cracking and poor performance of the TiAl alloy, and eliminates the dependence of the traditional processing mode on the die, shortens the processing time and saves the cost. At the same time, the alloy parts have reached densification effect, and batch preparation of TiAl alloy parts has been realized.

【技術實現步驟摘要】
一種TiAl合金零件的快速成形方法
本專利技術屬于材料制備
，具體涉及一種TiAl合金零件的快速成形方法。
技術介紹
TiAl作為一種新型的輕質高溫合金，比強度與鈦合金相當，具有高的比剛度及導熱系數，密度低于鈦合金和鎳基高溫合金，被公認為新型航空航天發動機的靜止件、轉動件的首選材料，主要應用于高壓壓氣機導向葉片、壓縮機殼體、活塞蓋、渦輪增壓器轉子、排氣閥座等零件。但是，TiAl合金室溫脆性大，加工性能差，大大限制了TiAl合金在航空航天領域的應用。目前，TiAl合金零件的成形方法主要有傳統粉末冶金、鑄錠冶金法、物理氣相沉積法、流延法等，這些方法主要存在以下缺點：1)這些方法屬于熱加工方法，產品易開裂，需要結合其他后期處理來成形零件，后期處理工序復雜，生產時間周期較長，制備成本高，不適合批量生產；2)組織內部存在較嚴重的疏松、縮孔和成分偏析問題；3)依賴模具成形，制備成品結構單一，難以實現復雜零件的成形。以上缺點使得現有制備方法不適用于批量及復雜形狀TiAl合金零件的生產。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種TiAl合金零件的快速成形方法，解決了現有制備方法不適用于批量及復雜形狀TiAl合金零件生產的問題。本專利技術所采用的技術方案是，一種TiAl合金零件的快速成形方法，包括以下步驟：將TiAl合金粉末和添加元素粉末，得到固體混合粉末，通過球磨機對所述固體混合粉末進行解離、球磨，球磨的同時加入分散劑；將球磨后的固體混合粉末加入到光固化單體溶劑中，再加入分散劑、光引發劑、消泡劑，混合均勻得到漿料；將制備好的所述漿料裝入光固化設備，利用紫外線光束，根據零件的三維模型逐層、逐點進行固化打印，得到固化成形的TiAl合金坯體；通過燒結爐對所述固化成形的TiAl合金坯體進行脫脂和熱等靜壓，得到TiAl合金零件。本專利技術的特點還在于：優選地，上述添加元素粉末為Nb、W、Mo、Y、Si中任一種，添加元素粉末的含量為固體粉末總質量的5％～10％。添加此類β相穩定元素可以降低相轉變溫度，有效地改善TiAl合金內部組織。優選地，光固化單體溶劑為環氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚丙烯酸酯、縮水甘油基類、縮水甘油醚類、縮水甘油酯類、脂環族環氧、聚氨酯類環氧、不飽和雙鍵氧化類環氧、芳香族環氧中任一種或其中至少兩種的混合物，光固化單體溶劑的質量與固體粉末的質量比為1:1～9:1。這類光固化單體固化交聯密度較高，體積收縮率小、層與層間附著力強，有助于提高合金性能，且固化速度快，能夠減少達到完全固化所需的時間。優選地，光引發劑為重氮鹽、芳茂鐵鹽、碘鎓鹽、硫鎓鹽、安息香類、苯乙酮類或苯乙酮縮酮類，光引發劑的質量為光固化單體質量的0.4％～2％。上述光引發劑的固化效率高。優選地，分散劑為聚丙酸鈉、聚丙烯、聚苯乙烯、四元醋酸銨、己烯基雙硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯中的任一種，兩次添加的分散劑的總質量占固體混合粉末總質量的0.5％～5％，球磨過程中加入分散劑總質量的0.3％～2％，漿料混合過程中加入分散劑總質量0.2％～3％。優選地，消泡劑為乙醇、聚丙烯酸酯、聚二甲基硅油、改性聚硅氧烷、金屬皂或磷酸三丁酯，消泡劑的質量為漿料質量的0.4％～0.9％，可以有效降低氣泡周圍的張力，促使氣泡聚集成大的氣泡，最終氣泡破裂消失。進一步地，第二次加入所述分散劑、光引發劑、消泡劑時，還加入稀釋劑，稀釋劑為甲乙酮、環己酮、甲苯、正丁醇或苯乙烯，稀釋劑的質量為漿料質量的0.5％～1％。加入稀釋劑可降低漿料粘度，加快固化速度。優選地，固體粉末加入到光固化單體溶劑中混合時，對固體粉末及光固化單體溶劑進行預熱，預熱溫度在40℃～70℃之間，提高固體粉末在漿料中的溶解度，有助于增加固體粉末的含量，改善成形零件的質量。優選地，通過燒結爐對固化成形的TiAl合金坯體進行脫脂時的脫脂溫度為200℃～450℃，保溫時間為2h～4h。該溫度和時間可以保證樹脂可以脫除，保溫時間可以充分的進行脫脂。優選地，熱等靜壓為在1000℃～1300℃，壓強40MPa～170MPa條件下保溫1h～3h，該參數能使合金零件致密性更好。本專利技術的有益效果是，本專利技術采用光固化的手段進行TiAl合金零件坯體的生成，1)實現復雜零件的近凈成形，解決TiAl合金現有加工方法易開裂等性能差的缺點，同時無需后續加工，縮短加工時長，節約成本；2)結合脫脂和熱等靜壓技術，有效消除成形過程中產生的疏松、縮孔等缺陷，達到零件致密化的效果；3)擺脫了傳統加工方式對模具的依賴性，可以實現TiAl合金零件的批量制備以及復雜零件的成形。具體實施方式下面結合具體實施方式對本專利技術作進一步的詳細說明，但本專利技術并不限于這些實施方式。本專利技術的TiAl合金的快速成形方法具體按照以下步驟實施：步驟1，原材料制備(1)球磨選取TiAl合金粉末和添加元素粉末，混合得到固體粉末，放入球磨機中進行解離、球磨，添加元素粉末可以為Nb、W、Mo、Y、Si等，用于提高合金的高溫抗氧化性能，其含量為固體粉末總質量的5％～10％。球磨的同時加入分散劑，促進粉末的均勻分散和混合。(2)漿料制備將球磨后的固體粉末加入到光固化單體溶劑中，再逐步加入適量分散劑，促進固體粉末的分散，混合過程中進行預熱，預熱溫度在30℃～50℃之間。攪拌均勻后，加入光引發劑、稀釋劑、消泡劑，混合均勻得到漿料。在引入光引發劑的時候以及后續的混合、儲存過程應該在暗室中進行，避免見光，尤其紫外光，以保證漿料保持良好的流動性以及防止變質。光固化單體溶劑可采用丙烯酸酯類齊聚物或環氧類齊聚物之一，或者二者的混合物，可以使用的有環氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚丙烯酸酯、縮水甘油基類、縮水甘油醚類、縮水甘油酯類、脂環族環氧、聚氨酯類環氧、不飽和雙鍵氧化類環氧、芳香族環氧等，光固化單體的質量與固體粉末的質量比為1:1～9:1。光引發劑主要包括自由基光引發劑以及陽離子引發劑，如重氮鹽、芳茂鐵鹽、碘鎓鹽、硫鎓鹽、安息香類、苯乙酮類或苯乙酮縮酮類，光引發劑的含量一般為光固化單體質量的0.4％～2％。分散劑可采用聚丙酸鈉、聚丙烯、聚苯乙烯、四元醋酸銨、己烯基雙硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯中的任一種，兩次添加的分散劑相同，總質量一共占固體粉末總質量的0.5％～5％，球磨過程中加入其中的0.3％～2％，漿料混合過程中加入0.2％～3％。消泡劑可采用乙醇、聚丙烯酸酯、聚二甲基硅油、改性聚硅氧烷、金屬皂或磷酸三丁酯，添加量為漿料質量的0.4％～0.9％。稀釋劑可以采用甲乙酮、環己酮、甲苯、正丁醇或苯乙烯，添加量為漿料質量的0.5％～1％。對于有機溶劑，在保證漿料優異性能的條件下，盡量選取少劑量，以防后期脫脂燒結過程中，由于過度收縮而引發零件變形。步驟2，坯體制備將制備好的漿料裝入光固化設備，利用紫外線光束，采用面曝光或者點掃描的方式，根據零件的三維模型逐層、逐點進行固化打印，得到固化成形的TiAl合金坯體。光固化層厚控制在30～60μm。步驟3，后處理將光固化成形的TiAl合金坯體放入到燒結爐中進行脫脂，脫脂溫度可以根據熱重(TG)曲線進行確定，一般選取質量變化較為嚴重的溫度區間作為脫脂溫度，一般為200℃～450℃。為保證脫脂過程的完全性，保溫時間為2h～4h，確保本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種TiAl合金零件的快速成形方法，其特征在于，包括以下步驟：將TiAl合金粉末和添加元素粉末混合，得到固體混合粉末，通過球磨機對所述固體混合粉末進行解離、球磨，球磨的同時加入分散劑；將球磨后的固體混合粉末加入到光固化單體溶劑中，再加入所述分散劑、光引發劑、消泡劑，混合均勻得到漿料；將制備好的所述漿料裝入光固化設備，利用紫外線光束，根據零件的三維模型逐層、逐點進行固化打印，得到固化成形的TiAl合金坯體；通過燒結爐對所述固化成形的TiAl合金坯體進行脫脂和熱等靜壓，得到TiAl合金零件。

【技術特征摘要】
1.一種TiAl合金零件的快速成形方法，其特征在于，包括以下步驟：將TiAl合金粉末和添加元素粉末混合，得到固體混合粉末，通過球磨機對所述固體混合粉末進行解離、球磨，球磨的同時加入分散劑；將球磨后的固體混合粉末加入到光固化單體溶劑中，再加入所述分散劑、光引發劑、消泡劑，混合均勻得到漿料；將制備好的所述漿料裝入光固化設備，利用紫外線光束，根據零件的三維模型逐層、逐點進行固化打印，得到固化成形的TiAl合金坯體；通過燒結爐對所述固化成形的TiAl合金坯體進行脫脂和熱等靜壓，得到TiAl合金零件。2.根據權利要求1所述的TiAl合金零件的快速成形方法，其特征在于，所述添加元素粉末為Nb、W、Mo、Y、Si中任一種，其含量為所述固體粉末總質量的5％～10％。3.根據權利要求1所述的TiAl合金零件的快速成形方法，其特征在于，所述光固化單體溶劑為環氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚丙烯酸酯、縮水甘油基類、縮水甘油醚類、縮水甘油酯類、脂環族環氧、聚氨酯類環氧、不飽和雙鍵氧化類環氧、芳香族環氧中任一種或其中至少兩種的混合物，所述光固化單體溶劑的質量與所述固體混合粉末的質量比為1:1～9:1。4.根據權利要求1所述的TiAl合金零件的快速成形方法，其特征在于，所述光引發劑為重氮鹽、芳茂鐵鹽、碘鎓鹽、硫鎓鹽、安息香類、苯乙酮類或苯乙酮縮酮類，所述光引發劑的質量為光固化單體質量的0.4％～2％。5.根據權利要求1所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙曉明，許海嫚，徐天文，
申請(專利權)人：西安鉑力特激光成形技術有限公司，
類型：發明
國別省市：陜西,61