【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增材制造及高温合金领域，具体涉及一种纳米al2o3材料增强hastelloy x镍基高温合金的制备方法。
技术介绍
1、镍基高温合金如hastelloy x是一种典型的固溶强化镍基合金，在540-1000℃的温度范围内具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性，被广泛应用于燃气轮机发动机部件中。然而，使用铸造和锻造等传统加工方式很难满足航空航天领域hastelloy x的复杂形状和性能要求。
2、选区激光熔化(slm)是一种新兴的基于数字模型的金属增材制造技术，无需耗时的模具设计过程，利用高能量密度激光束熔化金属粉末，就可以制造形状和结构复杂的零件。由于slm工艺的温度梯度显著，hastelloy x合金在增材制造过程中极易发生热裂；此外，熔池中较大的热梯度阻止了凝固前沿的形核，从而导致残余热应力积累，外延柱状晶粒，并在几个预凝固层上形成裂纹，导致其力学和物理性能显著下降，这是限制其广泛应用的主要原因。
3、在基于熔化的工艺中，例如焊接、熔覆、表面合金化和增材制造，存在一个长期的难题，即：热影响区是最容易产生微裂纹的区域。添加陶瓷增强相是抑制增材制造镍基高温合金裂纹产生的一个有效途径。有研究表明，添加al2o3纳米颗粒会降低热影响区(haz)，这是因为al2o3纳米颗粒有效地抑制了晶粒生长。具有高熔点和稳定物理化学性能的纳米al2o3颗粒在改善镍基和铁基合金的蠕变性能和机械强度方面具有良好的效果，纳米颗粒的强化机制主要是晶粒细化和增加位错密度，这是因为氧化物具有显著的弥散强化和固溶强化作用。因此，可以预期
4、金属的化学键主要是金属键，而陶瓷的化学键为共价键，由于化学键的不同，导致金属与陶瓷的成分、物理和化学性能有显著的差异，二者不能很好的结合。另外，陶瓷的组成一般比较稳定，不易发生分解或者化学反应等。因此，陶瓷增强金属基复合材料通常会面临陶瓷—金属结合力不强，基体内部存在裂纹，陶瓷增强体颗粒容易从基体中剥离出来等问题，无法满足实际应用。
5、目前，虽然已经开发了多种混合基体金属粉末和第二相纳米颗粒的制备方法，但经济性和复杂性的限制，球磨仍然是镍基合金最常用的制备方法。然而，使用球磨工艺时第二相纳米颗粒难以均匀地分散在基体粉末中，第二相纳米颗粒容易团聚生长成较大的颗粒；同时，由于球磨过程中强烈的碰撞冲击，这一混合过程也会改变基质球形颗粒的形状，破坏其表面形貌和球形度，使其流动性恶化。
6、本专利技术针对在陶瓷与金属的连接中，会出现的纳米al2o3颗粒的易团聚、基体界面结合差等导致的力学性能问题，采用陶瓷颗粒表面金属化，来改善金属对陶瓷的润湿性，即使用化学镀镍的方式对纳米al2o3颗粒表面包覆致密镍层；通过表面包覆致密镍层，消除纳米al2o3颗粒团聚现象、与基体界面结合缺陷，抑制了增材制造hastelloy x合金过程中的开裂。针对使用球磨导致的复合粉末破损、形状不规则等问题，通过特定的超声分散-高速搅拌工艺，获得纳米al2o3颗粒均匀分散的球状复合粉末；扩大hastelloy x合金的增材制造工艺参数窗口，提高该合金的可加工性。通过选区激光熔化(slm)增材制造方法，制备得到al2o3纳米材料增强hastelloy x镍基复合材料，所制备的材料完全消除裂纹。
技术实现思路
1、本专利技术针对在陶瓷与金属的连接中，可能会出现的纳米al2o3颗粒的易团聚、基体界面结合差等导致的力学性能问题，采用陶瓷颗粒表面金属化，来改善金属对陶瓷的润湿性，即使用化学镀镍的方式对纳米al2o3颗粒表面包覆致密镍层；通过超声分散—高速搅拌两步法，以聚乙二醇为分散剂和粘接剂将表面包覆有致密ni层的纳米al2o3材料附着在hastelloy x镍基高温合金球形颗粒表面，制备得到复合粉末；通过选区激光熔化(slm)增材制造方法，制备得到纳米ni/al2o3材料增强hastelloy x镍基复合材料，所制备的材料完全消除裂纹。
2、技术方案
3、本专利技术一种提高纳米al2o3材料增强hastelloy x镍基高温合金综合性能的方法，所述方法包括下述步骤：
4、步骤一：对纳米al2o3颗粒表面金属化，即使用化学镀镍的方法。
5、其特征在于：所述表面包覆致密层为镍层，包括粗化、敏化、活化和化学镀等步骤，可以通过改变化学镀镍参数调整镀镍的量。
6、步骤二：使用超声分散—高速搅拌两步法进行复合粉末的混合。
7、称取质量分数为1％的纳米级ni/al2o3粉末放入乙醇溶液内混合，采用超声的方法分散30min左右；称量1％的聚乙二醇溶解于适量乙醇溶液后混合其中，然后在超声清洗器内超声30min，后加入称量好的hastelloy x镍基高温合金粉末，高速搅拌直至溶剂完全挥发，干燥，获得纳米级ni/al2o3粉末颗粒均匀分布于hastelloy x镍基高温合金粉末颗粒表面的复合粉末。
8、步骤四：将球形微粉收集、筛分，得到纳米ni/al2o3材料增强hastelloy x镍基复合球形粉末；
9、步骤五：使用混合好的粉末进行激光增材制造。
10、将混合粉末置于真空干燥箱中，120℃静置2小时以消除粉末表面所吸附的水分，将烘干后的粉末取出后进行过选区激光熔化(slm)增材制造方式。
11、优选地：步骤一中所述的al2o3粉末的纯度为99.9％、粒径在1nm～150nm。
12、优选地：步骤二所述的高温合金粉末的粒度为10～90μm。
13、优选地：步骤二中，按质量比，表面包覆有致密ni层的纳米al2o3颗粒：hastelloy x合金粉末＝1∶99-3∶97；将表面包覆有致密ni层的纳米al2o3材料放入乙醇溶液内混合，超声分散30min，称量1％的聚乙二醇溶解于适量乙醇内，超声30min，后加入hastelloy x镍基高温合金粉末，高速搅拌直至溶剂完全挥发，干燥，实现均匀混合，得到球形混合粉末。
14、优选地：步骤四中slm的工艺参数窗口设置为：激光功率设置为200～400w，扫描速度设置为350～600mm/s，填充间距0.1mm，层间扫描转角为67°，z轴抬升量为30um，基板预热120℃。
15、本专利技术一种纳米al2o3材料增强hastelloy x镍基高温合金综合性能的方法，表面包覆有致密ni层的纳米al2o3材料中ni的含量为3-30wt.％。在本专利技术中，表面包覆有致密ni层的纳米al2o3材料所述化学镀镍包括粗化、敏化、活化和化学镀等步骤，可以通过改变化学镀镍参数调整镀镍的量。通过化学镀镍方对纳米al2o3颗粒进行表面改性具体步骤如下：
16、(1)粗化
17、将50ml浓盐酸加入到50ml去离子水中，搅拌均匀制得表面粗化液。然后将纳米al2o3颗粒加入到表面粗化液中，水浴加热至100℃并充分搅拌10min，之后待粉体静本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纳米Al2O3材料增强HastelloyX镍基高温合金的制备方法，其特征在于所述方法包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的一种纳米Al2O3材料增强HastelloyX镍基高温合金的制备方法，其特征在于：步骤A中，按质量比，表面包覆有致密Ni层的Al2O3纳米材料：Ni基高温合金粉末＝1:99～3:97；将表面包覆有致密Ni层的纳米Al2O3材料放入乙醇溶液内混合，机械搅拌超声分散30min，称量1％的聚乙二醇溶解于适量乙醇内，超声30min，后加入HastelloyX镍基高温合金粉末，高速搅拌直至溶剂完全挥发，干燥，实现均匀混合，得到球形混合粉末。
3.根据权利要求1所述的一种纳米Al2O3材料增强HastelloyX镍基高温合金的制备方法，其特征在于：表面包覆有致密Ni层的纳米Al2O3材料中Ni的含量为3-30wt.％。
4.根据权利要求1所述的一种纳米Al2O3材料增强HastelloyX镍基高温合金的制备方法，其特征在于：所述表面包覆有致密Ni层的Al2O3纳米材料，其包覆方法为化学镀镍。
5.根据权利要求1所述
6.根据权利要求1所述的一种纳米Al2O3材料增强HastelloyX镍基高温合金的制备方法，其特征在于：3D打印制备的镀镍纳米Al2O3增强HastelloyX镍基高温合金复合材料块体的致密度为99.78％，显微硬度为285.89HV。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米al2o3材料增强hastelloyx镍基高温合金的制备方法，其特征在于所述方法包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的一种纳米al2o3材料增强hastelloyx镍基高温合金的制备方法，其特征在于：步骤a中，按质量比，表面包覆有致密ni层的al2o3纳米材料：ni基高温合金粉末＝1:99～3:97；将表面包覆有致密ni层的纳米al2o3材料放入乙醇溶液内混合，机械搅拌超声分散30min，称量1％的聚乙二醇溶解于适量乙醇内，超声30min，后加入hastelloyx镍基高温合金粉末，高速搅拌直至溶剂完全挥发，干燥，实现均匀混合，得到球形混合粉末。
3.根据权利要求1所述的一种纳米al2o3材料增强hastelloyx镍基高温合金的制备方法，其特征在于：表面包覆有致密ni层的纳米al...
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