當前，以航空航天為代表的高端裝備領域對耐高溫金屬材料制造及應用有著巨大的需求，且航空航天等高端裝備面臨嚴酷的力 / 熱載荷條件與重量約束，對設計和選材都提出了更高的要求。高溫鈦合金以其優異的熱強性、較高的比強度和良好的綜合性能，成為航空航天、船舶等領域首選的新一代耐高溫高性能結構材料。

與鎳基、鈷基高溫合金相比，鈦合金仍是一種不易鍛造加工的金屬材料。由于高溫鈦合金工藝性能的特殊性以及相對較高的材料成本，在制造較復雜形狀和薄壁異型構件時，使用傳統工藝制造存在制造周期長、材料利用率低、制造成本較高等問題，亟待開發新的成形制造工藝。近年來，隨著增材制造技術（3D打?。┑难杆侔l展，激光增材制造技術已成為鈦合金材料快速低成本制造的重要途徑。

開發制造周期短、綜合成本低的高溫鈦合金激光增材成形制造工藝是當前高端裝備領域的迫切需求。

為了解決上述問題，更好地滿足航空航天領域對高性能結構材料的需求，作為國內領先的金屬增減材制造技術全套解決方案提供商，鑫精合激光科技發展（北京）有限公司（以下簡稱：鑫精合）自 2015 年成立以來就專注于高性能金屬材料增材制造領域，開展了大量技術研發工作。

鑫精合掌握了增材制造（3D 打印）各類相關技術，包括 ：激光選區熔化（SLM）、激光沉積制造 (LDM) 等工藝具備全球領先水平，生產的產品及設備廣泛應用于航空、航天、航海、汽車、能源、醫療、模具和汽車等高端制造領域。為客戶提供產品結構設計、拓撲優化、仿真分析、增材制造、熱處理、機械加工、表面處理、特種連接、零部件裝配等全 產業鏈服務。經過多年工藝探索及技術能力儲備，結構產品生產能力處于國內領先水平，已為國內多家軍工單位提供配套產品，現擁有技術專利 100 余項。

鑫精合技術團隊采用激光沉積增材技術進行高溫鈦合金材料的成形制造，基本實現了大型復雜結構零部件的低成本、快速整體成形，大幅了提高材料利用率，同時節省了模具成本、縮短了制造周期，能夠更好地適應高端裝備領域對快速響應、智能制造的要求。

激光沉積增材制造技術（LDM）是以高功率激光為能量源，采用粉末同步送進的方式，將待熔粉末直接送入高能束激光產生的熔池中，由機床或機器人引導高能束激光逐層按軌跡行走，層層堆積最終成型出三維立體金屬零部件。

激光沉積增材制造裝備可以精確控制能量輸入、光斑直徑（熔道寬度）、成形方式、掃描路徑和層厚，實現任意復雜形狀金屬零件的成形制造。該工藝在制造大型復雜高性能結構時具有高效率、低成本、高質量等優勢。因此，研究高溫鈦合金材料的激光熔化沉積制造技術具有重要的理論意義和應用價值。

鑫精合技術研發團隊首先從材料與工藝的匹配性入手，研究掌握了系列化高溫鈦合金材料的激光沉積增材工藝適應性。同時，鑫精合與中國科學院金屬研究所、航天科工三院等單位合作，開展了 TC4、TA15、TC11、Ti60、Ti65 及Ti2AlNb 等牌號鈦合金的材料、工藝與應用技術研究。

TC4鈦合金（Ti-6Al-4V）是較早研制成功的高性能鈦合金材料，可在 400 ℃以下工作。隨著對鈦合金性能需求的不斷提高，又相繼研發出使用溫度 500 ℃、600 ℃、650 ～ 700℃的鈦合金牌號，如TA15、TC11、Ti-55 及 Ti60 等。

TA15鈦合金名義成分為 Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V，對應俄羅斯牌號為 BT20，屬于高 Al 當量的近 α 型鈦合金，既具有 α 型鈦合金良好的熱強性和可焊性，又具有接近于 α+β 型鈦合金的工藝塑性，是一種具有中等強度兼具良好熱穩定性和焊接性能良好的鈦合金，比 TC4鈦合金有更高的室溫、高溫強度和更優異的焊接性能，長時間（3000 h）工作溫度可達 500 ℃，450℃下工作時，壽命可達 6000 h，瞬時（不超過 5 min）工作溫度可達 800 ℃。主要應用在發動機的各種葉片、機匣，飛機的各種鈑金件、梁、接頭、大型壁板和焊接承力框等，采用激光沉積增材制造技術制備的 TA15 材料的拉伸性能數據見表 1。

TC11 鈦合金名義成分為 Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si，相近俄羅斯牌號為BT9，是我國航空航天領域應用較廣的高溫鈦合金，是一種綜合性能良好的α+β 馬氏體型熱強鈦合金，具有良好的室溫抗拉強度和屈服強度，在 500℃以下具有優異的熱強性能和良好的熱加工工藝性能，可以進行焊接和各種方式的機加工。制件的使用工作條件為 ：

在退火狀態下可用于 500℃以下 500 h和 550 ℃ 以 下 100 h, 以 及 450 ℃ 以 下1000 h ；在強化處理狀態下可用于 500℃以下 100 h 工作的零件和在 700℃以下一次性工作的零件。該合金對熱鹽應力腐蝕存在著一定的敏感性。主要應用于航空發動機壓氣機的零部件，如葉片、盤件、鼓筒和軸類等，也可用于制造飛機結構件，采用激光沉積增材制造技術制備的TC11 材料的拉伸性能數據見表 2。

Ti60 鈦合金是中國科學院金屬研究所研制的一種具有自主知識產權的新型耐 600 ℃以上的高溫鈦合金（Ti60），是一種 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Ta-Nb-Si 八元系鈦合金。長時間工作溫度可達 600 ℃，其室溫、高溫強度雖高，但其常溫塑性較低。

鑫精合公司研發團隊經過長期技術研究，突破了高溫鈦合金材料的零缺陷激光沉積制造技術，掌握了系列化高溫鈦合金材料的增材制造工藝。技術團隊研發了高溫鈦合金材料分區成形以及負搭接長城形掃描策略，結合搭接率參數的合理控制，并采用在激光沉積增材制造過程中添加活性金屬粉末等方式，消除了高溫鈦合金激光沉積過程中可能出現的微細缺陷，實現了高溫鈦合金的高性能和高可靠性的成形制造。

鑫精合研發團隊采用上述技術制造的高溫鈦合金構件內部組織均勻致密、無缺陷，外觀平整勻稱，制件強度高、 耐 高 溫 性 好， 綜 合 性 能 優 異。 以某牌號高溫鈦合金為例，增材制造零件室溫抗拉強度達到 1080 MPa，屈服強 度 達 到 980 MPa， 延 伸 率 達 10 % 以上， 沖 擊 韌 性 αKU 達 到28 J/cm2 以上 ；600 ℃高溫拉伸強度可達 700 MPa，屈服強度達到 560 MPa，延伸率達 到 20 % ；650 ℃ 高 溫 拉 伸強度到達 640 MPa，屈服強度達到 500 MPa，延伸率接近 30% ；600 ℃ /450 MPa 應力下的高溫持久達到 16 h 以上 ；650 ℃ /330 MPa 應 力 下的高溫持久平均達到 10 h 以上，并具有較高的斷裂韌性值 KIC，具體見表 3 和表 4。

隨著增材制造技術的不斷成熟和推廣，激光沉積增材制造的高性能鈦合金材料以其良好的綜合性能，特別是優異的比強度、塑韌性和高溫性能，具有巨大的市場應用前景，有望廣泛推廣應用于航空航天飛行器，以及艦船、能源和化工等各個工業領域。鑫精合將以先進技術為引領，攜手國內優勢技術力量，繼續推動增材制造等先進制造技術的發展應用，為我國關鍵重點裝備和高端制造領域提供更強有力的技術支撐。

相關鏈接