一种3D打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料及其制备方法和应用
一种3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于钛及钛合金技术领域，具体涉及一种3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
2.3d打印技术是与传统的减材制造技术相比，从三维数值模型一层一层地制造物体的过程，在航空航天、医疗等领域得到了广泛的应用。金属的3d打印技术包括选择性激光熔化(slm)、选择性电子束熔化(sebm)和激光金属沉积(lmd)等，均通过粉末层的局部熔化，然后迅速凝固而成型。金属3d打印材料主要集中在钛合金、铝合金、铁基合金领域，其中钛合金的发展最快。钛及钛合金具有比强度高、耐蚀性优异、耐热和耐低温性能较好等特点，但冶炼制备成本较高，工艺性能差，切削加工困难，抗磨性差，生产工艺复杂。随着3d打印技术的发展及推广，它在快速制造、复杂结构零件成形方面的显著优势，为钛及钛合金铸件生产工艺革新以及性能提升方面，提供了新的发展机遇。
3.在目前的3d打印钛合金的研究中，比较完善的是纯钛和tc4钛合金，而研究热点则集中在tc4钛合金上(materials&design 164(2019)107552)。但tc4合金虽然具有很好的强度以及可焊性，但塑性相对锻件较差。在实际运用中，存在很大的弊端，并且因为3d打印快速凝固的特点，使得制备的合金沿打印方向上呈现柱状晶的特征，致使合金在呈现出严重的各向异性。
4.因此，研究人员选择了优化3d打印工艺参数(cn 110983106 b、cn 111014675 b、cn 112453426a)，对打印合金进行后续热处理(cn 113275599 a)的方法，但优化工艺参数的改善效果有限，而后续热处理容易形成粗大组织且降低了生产效率。于是有研究人员采用调整原料的方法：一种是添加其他元素、按配比熔炼成新含量的合金铸锭，处理后得到3d打印粉末(cn 111411260 b、cn 111945032 a、cn 113430418 a)。另一种方法的工艺更为简单，即加入其他粉末与钛基体粉末混合，而后直接进行3d打印制备。其中一部分选择加入碳系增强相((cn 112077307 a、cn 107999752 b)、陶瓷增强相(cn 108555281 a、cn 111957967 a)、或多种增强相混合加入(cn 109735743 a)，利用增强相对基体材料进行性能优化。不足之处在于增强相的最佳添加量存在一个范围，材料的综合性能并不会随着增强相的增多而一直提升，且大量增强相的添加也造成了成本的升高，这就导致了该类材料性能提升的瓶颈；另一部分则通过加入合金元素，改变基体微观结构，从而调控性能。张凤英等的专利“一种面向激光增材制造应用的类tc4钛合金”(cn 111455216 a)中，在tc4钛合金中加入mo，有效实现了晶内α板条细化和α相体积分数提升的协同作用效果。所得材料的抗拉强度为1037.5mpa，屈服强度为938.6mpa。综合性能较纯tc4合金有了较大提升，但仍难以满足更高的性能要求。因此，对调控钛合金基体相的工艺进行改进和优化，以获得更好的综合性能，成为了一个亟待解决的问题。
技术实现要素：
5.发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料，其具有优异的力学性能和细小的晶粒结构，在拥有超高强度的同时仍有极高的均匀变形能力，并保持钛合金的低密度，有效改善了目前tc4合金的塑性差以及3d打印时的各向异性问题。
6.本发明还提供一种制备3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料的制备方法。通过将高熵合金粉末和纯钛或钛合金粉末按一定质量比例混合，真空干燥后进行3d打印成型，即得所述高熵合金/钛及钛合金复合材料。
7.本发明的另一目的在于提供3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料在应用，主要应用于航空航天、汽车等工业领域，作为航天器结构部件材料，运载火箭的压力容器材料、仓体、紧固件、结构件，卫星结构零部件材料、导弹弹体的部件材料材料、飞机航空发动机材料结构材料(风扇、压气机和叶片等重要构件)，汽车结构材料。
8.技术方案：为实现上述发明目的，本发明所述一种3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料，其特征在于，其包括钛或钛合金作为基体，高熵合金作为添加相；所述高熵合金不均匀分布在钛基体中具有微观浓度梯度，形成高度分散的α'+β双相显微结构。
9.其中，所述钛为纯钛，所述钛合金为ti6al4v或钛与其它合金化元素al、fe、nb、v、ta、zr、sn、mo、cr、w、ni、b或si元素中的一种或者多种组成的合金；所述高熵合金为fe、co、ni、cr、mo、mn、al、nb、v、w及ta中的四种或五种或六种元素组成的高熵合金。
10.其中，所述钛或钛合金为球形粉末颗粒颗粒尺寸为15-53μm或45-105μm或45-150μm。
11.其中，所述高熵合金为球形粉末颗粒，颗粒尺寸为15-53μm或45-105μm或45-150μm。
12.本发明所述的3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料的制备方法，包括如下步骤：
13.(1)粉末混合：取高熵合金粉末，和纯钛或钛合金粉末进行混合；
14.(2)干燥：将步骤(1)混合好的粉末，真空干燥；
15.(3)3d打印成型：根据需要产品的尺寸参数，取步骤(2)所得产品，进行3d打印，即得所述高熵合金/钛及钛合金复合材料。
16.其中，步骤(1)中高熵合金添加比例为混合粉末总质量(即高熵合金加纯钛或钛合金粉末的总质量)的0.1％-10％。
17.其中，步骤(1)中混合的工艺为：采用球磨机或三维混粉机在常温状态下，放入磨球，球料比为0.5-3:1，转速为50-200r/min，混料时间为：5-30h。
18.其中，步骤(2)中真空干燥1-10小时，干燥温度为40-120℃。
19.其中，步骤(3)中所述3d打印成型的工艺为：采用激光3d打印机或选区电子束3d打印机在抽真空后通入ar气惰性气体保护，扫描间距：50-200μm，扫描速度：500-2500mm/s，激光功率或电子束功率：50-200w。
20.本发明所述的3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料作为航空航天或汽车部件材料中的应用。
21.其中，所述航空航天部件材料或汽车部件材料包括航天器结构部件材料、运载火箭的压力容器材料、卫星结构零部件材料、导弹弹体的部件材料材料、飞机航空发动机材料结构材料或汽车结构部件材料。
22.本发明所述的3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料的微观结构中，高熵合金不均匀分布在钛基体中具有微观浓度梯度，形成高度分散的α'+β双相显微结构。本发明的复合材料中高熵合金具有高硬度、优异的抗磨损、耐氧化和热稳定性等，和传统金属颗粒相比，高熵合金具有更高的强度，是具有潜力的新型强化相。由于3d打印凝固速度很快，高熵合金在基体内分布不均匀，存在高熵合金元素富元素区和贫元素区。高熵合金元素(fe、cr、ni、co、mn、mo等)是钛合金中β相稳定剂，因此在进一步冷却后，贫元素区发生β-α
′
马氏体转变，而富元素区则因为富含β相稳定剂而作为亚稳态β相保留，实现可调控的微米级成分梯度，形成高度分散的α'+β双相显微结构。因此，3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料具有优异的力学性能和细小的晶粒结构，在拥有超高强度的同时仍有极高的均匀变形能力，并保持钛合金的低密度。本发明形成微观浓度梯度，存在两个相，从而在保证强度的条件下，提高了塑性，形成这个结构是因为3d打印有快速凝固的特点，使得高熵合金元素扩散时间短，无法均匀分布。
23.本发明在制备中入高熵合金粉末，得到了微观浓度梯度，而形成了特定的两相结构，并拥有了特殊的微观结构，从而性能有了很大提升。
24.本发明的3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料，利用混料机将高熵合金粉末和钛粉或是钛合金粉混合，使得两种粉末混合均匀，而后进行3d打印成型得到复合材料。3d打印钛及钛合金由于直接打印成型的样品塑性较差且具有严重的各向异性，通常会进行后续的热处理，但容易形成粗大组织，反而有可能降低材料的力学性能。而且由于3d打印钛及钛合金的后续热处理工艺窗口较窄，其力学性能改善有限。此外，优化工艺参数，如改变激光输出模式或是设计不同的扫描路径，这样的方法需要更复杂的3d打印设备，且需要进行复杂的数值模拟计算。在改变原料的方法中，将不同粉末混合后熔炼成铸锭再制备为3d打印用粉末的工艺较为复杂。而本发明中将高熵合金粉末与钛及钛合金粉末混合均匀，没有破坏基体颗粒与高熵合金颗粒原有的结构和形貌，而后直接进行3d打印成型，简化了生产工艺，如减少了热处理或者熔炼制备打印用粉末，也缩短了生产周期。
25.本发明方法3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料，高熵合金具有高硬度、高比强度、优异的抗磨损、耐氧化和热稳定性等，是具有潜力的新型强化相。而高熵合金中的fe、cr、ni、co、mn、mo等元素作为钛合金中β相稳定剂，在3d打印过程中溶解于基体中，实现了原位合金化。该复合材料在一定的打印参数的控制下，利用3d打印快速凝固导致合金分布不均匀的特点，实现了微米级成分梯度，形成高度分散的α'+β双相显微结构，这样的结构赋予了合金优异的强度。保留的亚稳β相区中的高熵合金元素浓度的连续变化为合金提供了广泛应力范围内的渐进trip效应，使合金具有良好的加工硬化能力和延长的均匀延伸率，而超细化α'相则提高了合金的屈服强度。同时组织晶粒得到细化，使得力学性能进一步提高。因此，3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料具有优异的力学性能和细小的晶粒结构，在拥有超高强度的同时仍有极高的均匀变形能力，并保持钛合金的低密度。拓宽了钛合金在航空航天、国防军工、汽车等领域中的应用。
26.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
27.对于现有的3d打印钛及钛合金的技术，本发明利用3d打印钛合金快速凝固导致成分不均匀的缺点，实现了微米级成分梯度，形成高度分散的α'+β双相显微结构，克服了该类材料打印方向具有粗大柱状晶、塑性较差的难题，相对于不具有微区梯度结构的3d打印钛及钛合金，该复合材料具有高强度和高塑性，以及细小的晶粒结构，具有优异的综合力学性能。且整个制备工艺简单，生产周期短，具有较高的生产效率。
附图说明
28.图1为3d打印微区梯度结构feconicrmo高熵合金/tc4复合材料的金相显微镜图片(a)与扫描电镜形貌照片(b)；
29.图2为3d打印微区梯度结构feconicrmn高熵合金/tc4复合材料的金相显微镜图片(a)与扫描电镜形貌照片(b)；
30.图3为3d打印微区梯度结构feconicrmo高熵合金/tc4复合材料的eds结果；
31.图4为3d打印微区梯度结构feconicrmn高熵合金/tc4复合材料的eds结果；
32.图5为不同高熵合金含量的3d打印微区梯度结构feconicrmo高熵合金/tc4复合材料的拉伸强度趋势图；
33.图6为不同高熵合金含量的3d打印微区梯度结构feconicrmn高熵合金/tc4复合材料的拉伸强度趋势图。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
35.实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
36.其中，15-53μm或45-105μm或45-150μm的feconicrmo高熵合金粉末、15-53μm或者45-105μm或45-150μm的ti粉末或者tc4粉末均市售获得。
37.实施例1
38.采用feconicrmo高熵合金粉末与球形ti6al4v(tc4)粉末为原料，其中feconicrmo高熵合金粉末颗粒尺寸为15-53μm，tc4粉末的颗粒尺寸为15-53μm。
39.具体步骤如下：
40.(1)称量300g的15-53μm的tc4粉末，分别与占混合粉末总质量的0、1.5、3.0、4.5、6.0wt.％的feconicrmo高熵合金粉末加入混料瓶中，再在瓶中加入与混合粉末质量比1：1的不锈钢磨球。
41.(2)将混料瓶放入三维混料机中，参数设置为：转速：70r/min，混料时间：16h。
42.(3)取feconicrmo和tc4混合后的粉末，放入真空干燥箱60℃真空干燥3h。
43.(4)将步骤(3)的粉末倒入苏州倍丰智能科技有限公司所制造的sp100型3d打印机的粉仓中，抽真空后通入高纯ar气，3d打印参数为：扫描间距：100μm，扫描速度：600mm/s，激光功率：100w。
44.性能测试与组织结构分析：对本实施例打印的样品分别用x射线衍射仪进行物相分析、应用显微硬度计测量显微硬度、微机控制电子万能试验进行压缩试验、最后采用透射电子显微镜分析复合材料的微观组织结构，采用扫描电子显微镜对断口形貌进行观测分析。图1为3d打印微区梯度结构3.0wt.％feconicrmo高熵合金/tc4复合材料的微观组织形
貌，可以观察到明显的3d打印熔池以及双相熔岩状结构。图3为3d打印微区梯度结构3.0wt.％feconicrmo高熵合金/tc4复合材料的eds结果，tc4合金元素和高熵合金元素在基体不均匀分布，表明了该材料存在微区梯度结构，且富含高熵合金元素的区域形成了与基体形貌不同的β相，这显示出分散的α'+β双相结构的存在。该结果证明了利用3d打印实现微米级成分梯度，具有细小的晶粒结构，形成高度分散的α'+β双相显微结构这一方法的可行性。
45.图5为不同高熵合金含量的feconicrmo高熵合金/tc4复合材料的拉伸强度的应力应变趋势图：可以看出该复合材料在高熵合金添加量在3.0wt.％时具有最优的拉伸性能：抗拉强度1364mpa，延伸率8.7％，表明了该材料具有优异的综合力学性能，且与3d打印tc4材料(采用上述方法，直接使用tc4粉末，不加入高熵合金粉末)相比性能有了大幅度提升，本发明制备的材料具有优异的力学性能和细小的晶粒结构有效解决了tc4塑性差、各向异性的问题。此外也说明可以根据不同用途材料的力学强度要求，加入不同含量的高熵合金粉末，从而调控材料中β相含量，得到不同的微观组织，以获得出不同强度和塑性的复合材料。
46.实施例2
47.采用feconicrmn高熵合金粉末与球形ti6al4v(tc4)粉末为原料，其中feconicrmn高熵合金粉末颗粒尺寸为15-53μm，tc4粉末的颗粒尺寸为15-53μm。
48.具体步骤如下：
49.(1)称量300g的tc4粉末，分别与占混合粉末总质量的0、1.5、3.0、4.5、6.0wt.％的feconicrmn高熵合金粉末加入球磨罐中，再在瓶中加入与混合粉末质量比1：1的不锈钢磨球。
50.(2)将球磨罐放入球磨机，参数设置为：转速：50r/min，混料时间：8h。
51.(3)取feconicrmn和tc4混合后的粉末，放入真空干燥箱80℃真空干燥2h。
52.(4)将(3)的粉末倒入苏州倍丰智能科技有限公司所制造的sp100型3d打印机的打印粉仓中，抽真空后通入高纯ar气，3d打印参数为：扫描间距：120μm，扫描速度：700mm/s，激光功率：80w。
53.性能测试与组织结构分析：对本实施例打印的样品分别用x射线衍射仪进行物相分析、应用显微硬度计测量显微硬度、微机控制电子万能试验进行压缩试验、最后采用透射电子显微镜分析复合材料的微观组织结构，采用扫描电子显微镜对断口形貌进行观测分析。
54.图2为3d打印微区梯度结构3.0wt.％feconicrmn高熵合金/tc4复合材料的微观组织形貌，可以观察到明显的3d打印熔池以及双相熔岩状结构。图4为3.0wt.％3d打印微区梯度结构feconicrmn高熵合金/tc4复合材料的eds结果，tc4合金元素和高熵合金元素在基体不均匀分布，表明了该材料存在微区梯度结构，且富含高熵合金元素的区域形成了与基体形貌不同的β相，这显示出分散的α'+β双相结构的存在。该结果证明了利用3d打印实现微米级成分梯度，形成高度分散的α'+β双相显微结构这一方法的可行性。
55.图6为不同高熵合金含量的feconicrmn高熵合金/tc4复合材料的拉伸强度的应力应变趋势图：可以看出复合材料在高熵合金添加量在3.0wt.％时具有最优的拉伸性能：feconicrmn高熵合金/tc4复合材料抗拉强度1434mpa，延伸率9.5％，如实施例1相同，结果
表明了该材料具有优异的综合力学性能，且与3d打印tc4材料相比性能有了大幅度提升。此外也说明可以调控材料的微观组织，以获得出不同强度和塑性的复合材料。此外实施例2相比实施例1效果更好一些，因为高熵合金种类不同(feconicrmn、feconicrmo)，由于mo元素对β相稳定性的增强效果更好，导致富元素区的trip效应减弱(因为β相稳定性变高，较难发生β-α
‘
转变)，使得塑性和强度比含mn元素的复合材料低。
56.实施例3
57.采用feconicrmn高熵合金粉末与球形纯钛粉末为原料，其中feconicrmn高熵合金粉末颗粒尺寸为15-53μm，钛粉末的颗粒尺寸为15-53μm。
58.具体步骤如下：
59.(1)称量300g的纯ti粉末，与占混合粉末总质量的4.5wt.％的feconicrmn高熵合金粉末加入球磨罐中，再在瓶中加入与混合粉末质量比1：1的不锈钢磨球。
60.(2)将球磨罐放入球磨机，参数设置为：转速：50r/min，混料时间：8h。
61.(3)取feconicrmn和纯ti混合后的粉末，放入真空干燥箱80℃真空干燥2h。
62.(4)将(3)的粉末倒入苏州倍丰智能科技有限公司所制造的sp100型3d打印机的打印粉仓中，抽真空后通入高纯ar气，3d打印参数为：扫描间距：120μm，扫描速度：700mm/s，激光功率：80w。
63.性能测试与组织结构分析：对本实施例打印的样品分别用x射线衍射仪进行物相分析、应用显微硬度计测量显微硬度、微机控制电子万能试验进行压缩试验、最后采用透射电子显微镜分析复合材料的微观组织结构，采用扫描电子显微镜对断口形貌进行观测分析。
64.实施例4
65.采用feconicral0.1高熵合金粉末与球形ta15钛合金粉末为原料，其中feconicral0.1高熵合金粉末颗粒尺寸为45-105μm，ta15钛合金粉末的颗粒尺寸为45-105μm。
66.具体步骤如下：
67.(1)称量300g的纯钛合金粉末，与占混合粉末总质量的4.5wt.％的feconicral0.1高熵合金粉末加入球磨罐中，再在瓶中加入与混合粉末质量比1：1的不锈钢磨球。
68.(2)将球磨罐放入三维混料机中，参数设置为：转速：60r/min，混料时间：8h。
69.(3)取feconicral0.1和ta15混合后的粉末，放入真空干燥箱80℃真空干燥2h。
70.(4)将(3)的粉末倒入苏州倍丰智能科技有限公司所制造的sp100型3d打印机的粉仓中，抽真空后通入高纯ar气，3d打印参数为：扫描间距：120μm，扫描速度：700mm/s，激光功率：80w。
71.实施例5
72.采用nbmotawv高熵合金粉末与球形tc21钛合金粉末为原料，其中nbmotawv高熵合金粉末颗粒尺寸为45-150μm，ta15钛合金粉末的颗粒尺寸为45-150μm。
73.具体步骤如下：
74.(1)称量300g的钛合金粉末，与占混合粉末总质量的5wt.％的nbmotawv高熵合金粉末放入三维混料机中，再在瓶中加入与混合粉末质量比1：1的不锈钢磨球。
75.(2)将混合粉末放入三维混料机中，参数设置为：转速：60r/min，混料时间：8h。
76.(3)取nbmotawv和tc21混合后的粉末，放入真空干燥箱40℃真空干燥2h。
77.(4)将(3)的粉末倒入苏州倍丰智能科技有限公司所制造的sp100型3d打印机的粉仓中，抽真空后通入高纯ar气，3d打印参数为：扫描间距：120μm，扫描速度：700mm/s，电子束功率：100w。
78.实施例6
79.实施例6采用实施例1的方法，不同之处在于：采用球磨机在常温状态下，放入磨球，球料比为0.5:1，转速为50r/min，混料时间为：30h。3d打印成型的工艺为：采用激光3d打印机在抽真空后通入ar气惰性气体保护，扫描间距：50μm，扫描速度：500mm/s，激光功率或电子束功率：200w。
80.实施例7
81.实施例7采用实施例1的方法，不同之处在于：采用球磨机在常温状态下，放入磨球，球料比为3:1，转速为200r/min，混料时间为：5h。3d打印成型的工艺为：采用激光3d打印机在抽真空后通入ar气惰性气体保护，扫描间距：200μm，扫描速度：2500mm/s，激光功率或电子束功率：50w。
技术特征：
1.一种3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料，其特征在于，其包括钛或钛合金作为基体，高熵合金作为添加相；所述高熵合金不均匀分布在钛基体中具有微观浓度梯度，形成高度分散的α'+β双相显微结构。2.根据权利要求1所述的3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料，其特征在于，所述钛为纯钛，所述钛合金为ti6al4v或钛与其它合金化元素al、fe、nb、v、ta、zr、sn、mo、cr、w、ni、b或si元素中的一种或者多种组成的合金；所述高熵合金为fe、co、ni、cr、mo、mn、al、nb、v、w及ta中的四种或五种或六种元素组成的高熵合金。3.根据权利要求1所述的3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料，其特征在于，所述钛或钛合金为球形粉末颗粒颗粒尺寸为15-53μm或45-105μm或45-150μm。4.根据权利要求1所述的3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料，其特征在于，所述高熵合金为球形粉末颗粒，颗粒尺寸为15-53μm或45-105μm或45-150μm。5.一种权利要求1所述的3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)粉末混合：取高熵合金粉末，和纯钛或钛合金粉末进行混合；(2)干燥：将步骤(1)混合好的粉末，真空干燥；(3)3d打印成型：取步骤(2)所得产品，进行3d打印，即得所述高熵合金/钛及钛合金复合材料。6.根据权利要求5所述的3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中高熵合金添加比例优选为混合粉末总质量的0.1％-10％。7.根据权利要求5所述的3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中混合的工艺为：采用球磨机或三维混粉机在常温状态下，放入磨球，球料比为0.5-3:1，转速为50-200r/min，混料时间为：5-30h。8.根据权利要求5所述的3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述3d打印成型的工艺为：采用激光3d打印机或选区电子束3d打印机在抽真空后通入ar气惰性气体保护，扫描间距：50-200μm，扫描速度：500-2500mm/s，激光功率或电子束功率：50-200w。9.一种权利要求1所述的3d打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料作为航空航天或汽车部件材料中的应用。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述航空航天部件材料或汽车部件材料包括航天器结构部件材料、运载火箭的压力容器材料、卫星结构零部件材料、导弹弹体的部件材料、飞机航空发动机材料结构材料或汽车结构部件材料。
技术总结
本发明公开了一种3D打印微区梯度结构高熵合金/钛及钛合金复合材料及其制备方法和应用，该复合材料包括钛或钛合金作为基体，高熵合金作为添加相；所述高熵合金不均匀分布在钛基体中具有微观浓度梯度，形成高度分散的α'+β双相显微结构。本发明的复合材料具有优异的综合力学性能和细小的晶粒结构，克服了3D打印钛及钛合金复合材料中打印方向具有粗大柱状晶、塑性较差的难题，拓宽了钛合金在航空航天、国防军工、汽车等领域中的应用。此外，本发明采用将原料球形粉末混合后进行3D打印的方法工艺简单，生产周期短，具有较高的生产效率。具有较高的生产效率。
