一种含钨3D打印用钛基合金材料及其制备方法技术领域
本发明涉及金属粉末制备领域，特别是一种含钨3D打印用钛基合金材料及其制备
方法。
背景技术
3D打印技术的核心是装备和材料。随着3D打印技术的发展，3D打印装备成熟，但目
前可用于3D打印的材料种类少、性能不稳定，成为制约3D打印技术发展和应用的瓶颈问题。
传统粉末冶金用的金属粉末材料还不能完全适应3D打印工艺，目前已有的金属粉末种类
少、价格高、产品化程度低。
钛合金具有密度小、比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变
性能好等优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料，在航空航
天、化工、核工业、运动器材以及医疗器械等领域得到了广泛的应用。但由于钛及钛合金的
应变硬化指数低(近似为0.15)，抗塑性剪切变形能力和耐磨性差，因而限制了其制件在高
温和腐蚀磨损条件下的使用。
因鉴于此，特提出此发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐磨损、耐高温、抗腐蚀的钛合金及其制备方法。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供的一种含钨3D打印用钛基合金材料，其
特征在于：所述钛基合金材料以质量百分比记含有：
碳化钨：15～30％
镍：2～5％
铌：3～8％
钒：1～3％
铜：5～8％
钼：5～10％，余量为钛和不可避免的杂质。
优选的，所述钛基合金材料中各组分的质量百分比为：碳化钨15％，镍5％，铌8％，
钒3％，铜8％，钼10％，钛51％。
优选的，所述钛基合金材料中各组分的质量百分比为：碳化钨20％，镍4％，铌6％，
钒2％，铜7％，钼8％，钛53％。
优选的，所述钛基合金材料中各组分的质量百分比为：碳化钨25％，镍3％，铌4％，
钒2％，铜6％，钼6％，钛54％。
优选的，所述钛基合金材料中各组分的质量百分比为：碳化钨30％，镍2％，铌3％，
钒1％，铜5％，钼5％，钛54％。
优选的，所述钛基合金材料为合金粉末颗粒。
优选的，所述合金粉末颗粒为球形形貌，粒径为30～150μm，含氧量为0.07～
0.12％。
第二方面，本发明提供一种含钨3D打印用钛基合金材料的制备方法，依次按照以
下步骤进行：
(1)将金属粉末充分混合；所述金属粉末按质量百分比含有：
碳化钨：15～30％
镍：2～5％
铌：3～8％
钒：1～3％
铜：5～8％
钼：5～10％，余量为钛和不可避免的杂质；
(2)将混合后得到的粉末烧结并合金均匀化；以及
(3)通过机械合金化获得合金粉末。
第三方面，本发明提供一种3D打印零件，该零件是由第一方面中所述的钛基合金
材料经3D打印制成。
本发明提供的，具有如下有益效果：应用本发明所提供的含钨3D打印用钛基合金
粉末材料，所得到的的零部件既有钛合金“轻量化”的结构特点，又具有高温硬度大、抗高温
磨损性能优良的优点，突破了钛合金只能作为结构材料使用的局限性。
附图说明
图1为本发明所提供的一种含钨3D打印用钛基合金材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。
本发明方案中所有实施例采用的都是德国SLM Solution公司生产的SLM 280金属
3D打印设备。
实施例一
请参考图1，取碳化钨粉末1.5千克、镍粉末0.5千克、铌粉末0.8千克、钒粉末0.3千
克、铜粉末0.8千克、钼粉末1.0千克、钛粉末5.1千克，所取粉末颗粒均为球形形貌，粒径为
30～150μm，含氧量为0.07～0.12％。将所取粉末置入混粉机中混合10分钟至混合均匀。
将混合粉末烧结并进行合金均匀化处理。
产物通过机械合金化，得到粉末成品。机械合金化是一个通过高能球磨使粉末经
受反复的变形、冷焊、破碎，从而达到元素间原子水平合金化的复杂物理化学过程。
合金粉末颗粒均为球形形貌，粒径为30～150μm，含氧量为0.07～0.12％。
用所获得的成品粉末进行3D打印，打印参数为：建造速率：40cm3/h，激光扫描速
度：10m/s，分层厚度：30μm。
3D打印零部件的密度、硬度及耐磨性见表1。
实施例二
取碳化钨粉末2.0千克、镍粉末0.4千克、铌粉末0.6千克、钒粉末0.2千克、铜粉末
0.7千克、钼粉末0.8千克、钛粉末5.3千克，所取粉末颗粒均为球形形貌，粒径为30～150μm，
含氧量为0.07～0.12％。将所取粉末置入混粉机中混合10分钟至混合均匀。
将混合粉末烧结并进行合金均匀化处理。
产物通过机械合金化，得到粉末成品。机械合金化是一个通过高能球磨使粉末经
受反复的变形、冷焊、破碎，从而达到元素间原子水平合金化的复杂物理化学过程。
合金粉末颗粒均为球形形貌，粒径为30～150μm，含氧量为0.07～0.12％。
用所获得的成品粉末进行3D打印，打印参数为：建造速率：40cm3/h，激光扫描速
度：10m/s，分层厚度：30μm。
3D打印零部件的密度、硬度及耐磨性见表1。
实施例三
取碳化钨粉末2.5千克、镍粉末0.3千克、铌粉末0.4千克、钒粉末0.2千克、铜粉末
0.6千克、钼粉末0.6千克、钛粉末5.4千克，所取粉末颗粒均为球形形貌，粒径为30～150μm，
含氧量为0.07～0.12％。将所取粉末置入混粉机中混合10分钟至混合均匀。
将混合粉末烧结并进行合金均匀化处理。
产物通过机械合金化，得到粉末成品。机械合金化是一个通过高能球磨使粉末经
受反复的变形、冷焊、破碎，从而达到元素间原子水平合金化的复杂物理化学过程。
合金粉末颗粒均为球形形貌，粒径为30～150μm，含氧量为0.07～0.12％。
用所获得的成品粉末进行3D打印，打印参数为：建造速率：40cm3/h，激光扫描速
度：10m/s，分层厚度：30μm。
3D打印零部件的密度、硬度及耐磨性见表1。
实施例四
取碳化钨粉末3.0千克、镍粉末0.2千克、铌粉末0.3千克、钒粉末0.1千克、铜粉末
0.5千克、钼粉末0.5千克、钛粉末5.4千克，所取粉末颗粒均为球形形貌，粒径为30～150μm，
含氧量为0.07～0.12％。将所取粉末置入混粉机中混合10分钟至混合均匀。
将混合粉末烧结并进行合金均匀化处理。
产物通过机械合金化，得到粉末成品。机械合金化是一个通过高能球磨使粉末经
受反复的变形、冷焊、破碎，从而达到元素间原子水平合金化的复杂物理化学过程。
合金粉末颗粒均为球形形貌，粒径为30～150μm，含氧量为0.07～0.12％。
用所获得的成品粉末进行3D打印，打印参数为：建造速率：40cm3/h，激光扫描速
度：10m/s，分层厚度：30μm。
3D打印零部件的密度、硬度及耐磨性见表1，表中的编号“1～4”依次对应上述实施
例一至实施例四中得到的3D打印零部件。
表1四种实施例中材料密度硬度相对耐磨性对照表
其中密度采用排水法测量，先用天平测出质量M；用量筒测出体积V；用公式P＝M/V
计算密度。
所打硬度均采用HR—150A洛氏硬度机，载荷为150kg，对3D打印零部件取五点打硬
度，最后得到该零部件的平均洛氏硬度值。
磨损实验采用MLS-225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机进行磨损实验。
在3D打印零部件中取六个57×25×5mm磨损式样，磨损实验时，实验参数如下：橡
胶轮转速：240转/分，橡胶轮直径：178mm，橡胶轮硬度：60(邵尔硬度)，载荷：10Kg，磨损时
间：250s，橡胶轮转数：约1000转，磨料：40～70目的石英砂。材料的耐磨性能用磨损的失重
量来衡量。在实验前、后，将试件放入盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗仪中清洗3～5
分钟，实验时用Q235钢作为对比，对比件失重量与测量件失重量之比作为该配方的相对耐
磨性。相对耐磨性
从表1可以看出，打印出的零部件HRC>48，拥有良好的硬度；相对耐磨性为Q235钢
的14倍以上，此外，发明人还惊奇地发现，在实施例四中，3D打印零部件的相对耐磨性高达
31倍。同时材料的密度虽然略大于纯钛(4.5g/cm3)，但是远小于钢(7.85g/cm3)；因此，本发
明所提供的含钨3D打印用钛基合金材料既可以是打印出的零部件轻量化，又达到了耐磨
损、抗腐蚀的功能化要求。
以上对本发明所提供的一种含钨3D打印用钛基合金材料及其制备方法进行了详
细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说
明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，
在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也
落入本发明权利要求的保护范围内。