一种高性能的激光选区熔化Cr3C2/316L合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能的激光选区熔化Cr3C2/316L合金及其制备方法，属于增材制造技术领域。本发明专利技术的Cr3C2/316L合金由316L基体和Cr3C2颗粒增强相组成，所述Cr3C2颗粒占合金总重量的10～11％，其制备方法如下：以Cr3C2和316L粉末作为原料进行机械混合，得到混合粉末，然后采用激光选区熔化技术，通过优化粉末粒度及工艺参数，即得Cr3C2/316L合金，所述Cr3C2/316L合金的相对密度≥99.7％，孔隙率≤0.41％，硬度≥327HV0.1，抗拉强度≥1032MPa，屈服强度≥839MPa，磨损率≤2.94*10

【技术实现步骤摘要】
一种高性能的激光选区熔化Cr3C2/316L合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于增材制造
，更具体地说，涉及一种高性能的激光选区熔化Cr3C2/316L合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]作为一种现代结构材料，316L不锈钢在工业发展以及科学技术的进步中发挥着重要作用。316L不锈钢因其具有优异的耐腐蚀、成形性和焊接性能，在汽车、生物医疗、能源和海洋等行业得到了广泛的应用。随着现代工业的不断发展，对材料性能的要求也越来越高。然而，由于316L具有较低的强度以及耐磨性能，限制了其工程应用领域。由于316L不锈钢的含碳量低，碳和其他元素都固溶在晶格中，冷却时不会发生相变，因此通过淬火来提高SLM 316L不锈钢成型件的性能行不通。为增强316L不锈钢的强度及耐磨性能，扩大其应用范围，目前有许多研究思路，例如将材料复合化或者是采用先进的制备方法。通过向基体中添加低密度、高强度和高硬度的陶瓷颗粒增强体，在降低不锈钢优良性能的同时，提高了它的硬度和耐磨性能等力学性能，在机械、化工等领域有着巨大的应用前景。现有技术制备316L不锈钢一般晶粒粗大，强度低，因此限制了其应用范围。且传统技术所制备的316L不锈钢一般需要进行后续加工处理，其不但工序复杂，生产周期长，并且对于复杂形状的零件不易成型。激光选区熔化成型技术无需模具，可以快速成形复杂形状的零件，一次成形，无需后续机械加工大大缩短了零件生产周期，节约生产成本。
[0003]经检索，中国专利申请号为：202110475931.7，申请日为2021年4月29日，专利技术创造名称为：一种纳米氧化铝增强316L不锈钢复合材料及其制备方法。该申请案的制备方法包括如下过程：将混合粉料A进行铺粉激光成型，得到成型体；将成型体进行应力调控，得到纳米氧化铝增强316L不锈钢复合材料；混合粉料A为316L钢粉和预处理后的Al2O3粉末一起球磨后得到的混合粉料；Al2O3粉末的预处理过程包括：球形Al2O3置于NH4OH中进行侵蚀处理，侵蚀后洗涤并烘干，得到预处理后的Al2O3粉末。该申请案中通过激光熔化技术来制备纳米氧化铝增强316L不锈钢复合材料，具有加工速度快、效率高、工序短的特点，通过将陶瓷材料Al2O3均匀分布于316L不锈钢基体中，在一定程度上可以提高316L的强度，但其提升效果仍有待进一步改善。

技术实现思路

[0004]1.要解决的问题
[0005]针对现有激光选区熔化技术中制备的316L不锈钢，硬度和耐磨性能等力学性能相对较差，且孔隙率较高的不足，提供了一种高性能的激光选区熔化Cr3C2/316L合金及其制备方法。本专利技术通过向316L不锈钢中加入一定含量的Cr3C2陶瓷颗粒增强相，进一步改善316L合金的成型质量、硬度、屈服强度、抗拉强度等力学性能和孔隙率，提高合金的耐磨性和致密性。
[0006]2.技术方案
[0007]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术的一种高性能的激光选区熔化Cr3C2/316L合金，由316L基体和Cr3C2颗粒增强相组成，所述Cr3C2颗粒占合金总重量的10～11％，通过向316L合金内添加Cr3C2颗粒，显著提升了所得合金的强度，降低合金的孔隙率，从而改善其表面的致密度和成型质量。
[0009]本专利技术的上述Cr3C2/316L合金，其制备工艺包括如下步骤：
[0010](1)以Cr3C2和316L粉末作为原料进行机械混合，得到混合粉末；
[0011](2)在计算机中使用软件对三维实体模型进行构建，并通过激光束扫描路径规划对三维实体模型进行分层分析；
[0012](3)在激光选区熔化成型设备的成型仓内放置基板，将得到混合粉末装入粉料缸内，密封成型仓，并开启循环除气净化系统，对成型腔中抽真空后通入高纯氩气，保证成型室氧含量在500ppm以下，并对基板进行预热处理；
[0013](4)新建工程任务，设定激光选区熔化成型工艺参数进行制备，即得Cr3C2/316L合金。本专利技术采用了激光选区熔化制造工艺，该工艺通过将三维实体构件离散成一系列二维结构，利用高能激光对粉体进行逐层扫描，通过粉体的熔化
‑
凝固、层层堆积，最终成型三维实体构件。该工艺基于离散
‑
堆积的成型方法，能够成型结构复杂的构件，制备工艺操作简单，制备出的成型件表面质量优异，且能够大幅提升成型件的综合力学性能。
[0014]作为本专利技术的进一步优选，步骤(1)中，控制316L粉末的粒度为15～53μm，Cr3C2粉末的粒度为8～12μm，通过控制316L粉末和Cr3C2粉末不同的粒径分布，在制备时，颗粒较小的Cr3C2粉末在熔化后以液态形式填充316L粉末间的空隙，使得粉末的堆积密度得以提高，也可减轻球化现象，有利于提高成形件的致密度，提高其强度并改善表面成形质量，从而使得制备出的合金产品具有优异的综合力学性能，且致密性和耐磨性均良好。
[0015]作为本专利技术的进一步优选，所述Cr3C2粉末的球形度达到95％以上，选择球形度较高的Cr3C2颗粒，有利于铺粉过程的顺利进行，从而进一步保证获得致密的成型件。
[0016]作为本专利技术的进一步优选，316L粉末和Cr3C2粉末的质量比为(8～9)：1。
[0017]作为本专利技术的进一步优选，Cr3C2粉末由NiCr和Cr3C2两种不同性能的组分构成，Cr3C2的质量占Cr3C2粉末总重量的75％，本专利技术的组分中，Cr3C2是硬质增强相，具有较高的熔点、硬度以及优良的高温热稳定性和化学稳定性。但由于单独的Cr3C2在粘结金属Fe、Ni中的润湿角为0，熔点较高，其难以熔化，并且很脆，从而采用NiCr合金作为粘结相，获得NiCr包覆的Cr3C2粉末。NiCr
‑
Cr3C2粉末目前已经商业化生产，成本较低，而且采用激光选区熔化技术制备过程中晶粒长大倾向较小，从而使合金具有优良的使用性能。在合金制备过程中，一些未熔的Cr3C2颗粒可作为非自发形核的核心，阻碍柱状晶的生长，使合金组织细化和均匀化；其次由于添加Cr3C2而生成的碳化物，无论是使晶粒沿晶界析出或是在基体弥散分布，均会使晶粒长大过程中晶界的迁移受阻，从而阻碍了晶粒的长大；Cr3C2的加入会使得合金制备过程中，熔池内流体种类增多，促进结构的均匀性，使得最终成形件具有优异的组织性能。
[0018]作为本专利技术的进一步优选，所述的激光选区熔化成型Cr3C2颗粒增强316L合金的制备方法中，使用SYH
‑2‑3‑
10三维运动混合机混合粉末，混合机转速为40～60r/min，Cr3C2粉末分三次加入316L粉末中，防止Cr3C2粉末发生团聚，混合总时间为8～10h。
[0019]作为本专利技术的进一步优选，在激光选区熔化制备之前，先对打印试样基板进行预
热，控制预热温度为130～160℃，以有效降低SLM加工过程中的热应力并保证样品具有良好的机械稳定性。
[0020]需要说明的是，本专利技术通过对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能的激光选区熔化Cr3C2/316L合金，其特征在于：由316L基体和Cr3C2颗粒增强相组成，所述Cr3C2颗粒占合金总重量的10～11％。2.根据权利要求1所述的一种高性能的激光选区熔化Cr3C2/316L合金，其特征在于：其相对密度≥99.7％，孔隙率≤0.41％，硬度≥327HV0.1。3.根据权利要求1所述的一种高性能的激光选区熔化Cr3C2/316L合金，其特征在于：其抗拉强度≥1032MPa，屈服强度≥839MPa，磨损率≤2.94*10
‑
12
m3/(N*m)。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的一种高性能的激光选区熔化Cr3C2/316L合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)以Cr3C2和316L粉末作为原料进行机械混合，得到混合粉末；(2)在计算机中使用软件对三维实体模型进行构建，并通过激光束扫描路径规划对三维实体模型进行分层分析；(3)将步骤(1)中所得混合粉末装入粉料缸，预热基板；(4)新建工程任务，设定激光选区熔化成型工艺参数进行制备，即得Cr3C2/316L合金。5.根据权利要求4所述的一种高性能的激光选区熔化Cr3C2/316L合金的制备方法，其特征在于：所述316L粉末的粒度为15～53μm，Cr3C2粉末的粒度为8～12μm。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯松华，郑孟勤，雷进，徐震霖，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：