基于激光立体成形的镍基高温合金激光增材制造方法技术

本发明专利技术提供一种基于激光立体成形的镍基高温合金激光增材制造方法，该方法包括：分别将TiB2粉末和GH3536粉末按照质量比为99.5:0.5、99:1以及98:2进行混合后加入行星球磨机；将所述行星球磨机以第一参数完成混粉操作，得到多种混合粉末，并将各所述混合粉末进行干燥处理，其中，所述第一参数包括转速为300r/min～500r/min，混粉操作时采用正反转结合的间歇性工作方式，工作时间为5min～10min、暂停时间为4min～5min后反向继续工作，每组粉末的球磨时间为4h～5h；基于第二参数分别对干燥处理后的各混合粉末进行交叉扫描，以完成镍基高温合金激光增材的制造。金激光增材的制造。金激光增材的制造。

【技术实现步骤摘要】
基于激光立体成形的镍基高温合金激光增材制造方法


[0001]本专利技术涉及激光增材制造
，特别涉及一种基于激光立体成形的镍基高温合金激光增材制造方法。

技术介绍

[0002]镍基高温合金是高温合金中应用最广、高温强度最大的一类合金，近年来以其在高温下良好的抗氧化、耐腐蚀、耐磨损以及焊接性能(540℃
‑
1000℃)，吸引了越来越多激光增材制造(Laser Additive Manufacturing，LAM)研究人员的注意。其中，GH3536是一种以Cr和Mo为主要强化元素的高含Fe量镍基高温合金，对应的美国牌号为Hastelloy X(HX)，与同类合金(IN625和IN718)相比，它具有更优异的高温强度、延展性、抗氧化性以及耐腐蚀性能，主要用于制备燃气涡轮发动机的燃烧室部件，如过渡管道、燃烧室和火焰稳定器等。
[0003]金属材料的激光立体成形往往通过逐点逐层的熔覆沉积来实现，其大温度梯度及快速熔化、凝固的特性，对镍基高温合金的固溶度、组织结构、微观偏析都有着较大程度的影响，往往会带来裂纹、气孔等缺陷以及试样力学性能的各向异性等问题。近年来，随着人们对航空发动机零部件轻量化、高性能的不断追求，研究人员们在镍基高温合金的激光增材制造领域进行了大量的尝试及探索，主要通过优化工艺参数、预处理基材、后热处理等加工手段的调整来实现样品成形质量的改善。
[0004]目前已有较多研究肯定了优化工艺参数、预处理基材、后热处理等对镍基高温合金SLM成形样品质量的改善作用，但改善效果有限。于是，国内外许多学者从材料方向入手，通过调整合金成分以实现对其性能的进一步的调控。在激光增材制造镍基高温合金时，合金成分的优化主要通过粉末本身的元素含量调整——微合金化，以及添加外来纳米陶瓷颗粒、稀土氧化物等来实现。
[0005]然而，TiC的抗氧化能力较差，不适合工作于燃气轮机的高温运行环境(通常大于600℃)。TiB2作为硼和钛最稳定的化合物，其熔点高达1850℃，在1100℃的高温下依然可以保持良好的抗氧化能力，其热膨胀系数也和镍基合金比较接近，比TiC更适合用于增强HX合金。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术的目的是提供一种基于激光立体成形的镍基高温合金激光增材制造方法，以至少解决上述相关技术中的不足。
[0007]本专利技术提出一种基于激光立体成形的镍基高温合金激光增材制造方法，包括：
[0008]分别将TiB2粉末和GH3536粉末按照质量比为99.5:0.5、99:1以及98:2进行混合后加入行星球磨机；
[0009]将所述行星球磨机以第一参数完成混粉操作，得到多种混合粉末，并将各所述混合粉末进行干燥处理，其中，所述第一参数包括转速为300r/min～500r/min，混粉操作时采用正反转结合的间歇性工作方式，工作时间为5min～10min、暂停时间为4min～5min后反向
继续工作，每组粉末的球磨时间为4h～5h；
[0010]基于第二参数分别对干燥处理后的各混合粉末进行交叉扫描，以完成镍基高温合金激光增材的制造。
[0011]进一步的，所述第二参数包括激光功率为100W～1200W、扫描速率为400mm/min～800mm/min、搭接率为50％、送粉盘转速为0.1r/min～0.6r/min、Z轴单向行程为0.35mm～0.4mm、光斑直径为2mm～3mm、约束气体流量为4L/min～6L/min，送粉气体选用氩气。
[0012]进一步的，将各所述混合粉末进行干燥处理的步骤包括：
[0013]将各所述混合粉末和金属基板置于烘粉炉中，以第三参数进行真空烘干，并将所述烘粉炉静置室温，其中，所述金属基板选用钢板。
[0014]进一步的，所述第三参数包括烘干温度为100℃～120℃、烘干时间为4h～5h，所述钢板为120mm
×
60mm
×
6mm的锻态316L钢板。
[0015]进一步的，所述交叉扫描时的氧气含量控制在100ppm～200ppm范围内。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过增加TiB2的质量分数，沉积态样品中的熔池边界变浅、枝晶结构粗化、晶粒尺寸增大；沉积态样品枝晶间及晶界位置处相的偏析加剧，析出相形貌及组成发生了显著变化，并利用激光立体成形技术形成高性能GH3536合金材料，所制备的合金材料沉积态样品的抗拉强度较低，而固溶态样品的抗拉强度较高。
附图说明
[0017]图1为本专利技术第一实施例中基于激光立体成形的镍基高温合金激光增材制造方法的流程图；
[0018]图2为本专利技术第一实施例中镍基高温合金激光增材的拉伸尺寸示意图；
[0019]图3为本专利技术第一实施例中各浓度的TiB2对GH3536合金激光增材的沉积态样品的显微组织图。
[0020]如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0021]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的若干实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0022]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0023]实施例一
[0024]请参阅图1，所示为本专利技术第一实施例中的基于激光立体成形的镍基高温合金激光增材制造方法，所述方法具体包括步骤S101至S103：
[0025]S101，分别将TiB2粉末和GH3536粉末按照质量比为99.5:0.5、99:1以及98:2进行混合后加入行星球磨机；
[0026]在具体实施时，本实施例中所选用的GH3536粉末为通过旋转电极法制备的合金粉
microscope，OM)、FEI Nova Nano SEM450型扫描电子显微镜(Scanning electron microscope，SEM)及INCA 250X
‑
Max 50型能谱仪(Energy dispersive spectrometer，EDS)对各组试样进行宏、微观结构的表征，及元素种类、含量的分析测定。
[0039]分别采用WT
‑
401MVD型数显微硬度计和NSTRON
‑
5543精密电子拉伸试验机测量各组试样的显微硬度及拉伸性能。对于显微硬度的测试在试样的纵向截面进行：在各待测试样上取10个间隔0.5mm的数据点，于200g的载荷下加压10s；而拉伸试样则沿样品的横向截取，其尺寸如图2所示，室温时试样拉伸强度σb、延伸率δ的测量在2mm/min的拉伸速率下进行。随后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光立体成形的镍基高温合金激光增材制造方法，其特征在于，包括：分别将TiB2粉末和GH3536粉末按照质量比为99.5:0.5、99:1以及98:2进行混合后加入行星球磨机；将所述行星球磨机以第一参数完成混粉操作，得到多种混合粉末，并将各所述混合粉末进行干燥处理，其中，所述第一参数包括转速为300r/min～500r/min，混粉操作时采用正反转结合的间歇性工作方式，工作时间为5min～10min、暂停时间为4min～5min后反向继续工作，每组粉末的球磨时间为4h～5h；基于第二参数分别对干燥处理后的各混合粉末进行交叉扫描，以完成镍基高温合金激光增材的制造。2.根据权利要求1所述的基于激光立体成形的镍基高温合金激光增材制造方法，其特征在于，所述第二参数包括激光功率为100W～1200W、扫描速率为400mm/min～800mm/min、搭接率为50％、送粉盘转速为0.1r/min～0...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丰刚，高佳莹，刘奋成，黄春平，刘立新，尤启凡，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：