[发明专利]一种镍基定向高温合金激光定向增材方法

权利要求书

1.一种镍基定向高温合金激光定向增材方法，其特征在于，采用高温合金粉末，将粉末进行干燥处理，干燥结束后，冷却至室温；打磨定向镍基高温合金的沉积平面至光亮平整，利用酒精和丙酮将平面进行清洗，经干燥处理后固定于激光沉积平台；在真空手套箱环境中，采取同步送粉的沉积方式，选择一种光斑的光束在高温合金基体上进行激光增材处理，沉积过程中用保护气体覆盖激光沉积作用区，减少激光作用区的夹杂物产生并提高凝固速率；同时，采用液氮连续冷却的方法进行沉积平台冷却，提高沉积过程的温度梯度，有效控制沉积层枝晶组织的快速定向生长，该方法的工艺步骤如下：

1）高温合金粉末粒度在100～250目，球形度≥95%，氧含量≤300PPM，采用的合金粉末是Ni-Cr-Mo粉末，名义成分为Ni-19Cr-5Mo-4Nb-Ti：按重量百分比计，Cr 19%，Mo 5%，Nb4%，Ti 1%，Ni 余；

2）粉末干燥处理：温度120℃×1.5h；

3）沉积基体：DZ125镍基高温合金；

4）基体打磨高温合金的沉积平面至光亮平整，利用酒精和丙酮将平面清洗处理后干燥；

5）激光沉积真空手套箱环境：H₂O、O₂≤50PPM；

6）激光沉积的工艺参数：激光连续辐照，激光功率为600W，功率密度10⁵W/cm²，扫描速度为6mm/s，搭接量为50%，辐照光斑Φ2mm；激光同轴氩气送粉，送粉速度8g/min，载气流量3.5L/min，采用低温高纯氩气保护，氩气纯度99.999%，氩气流量为12L/min，氩气温度-70℃；

7）激光器：3000W的光纤耦合半导体激光器；

8）冷却沉积平台液氮的流速为3L/min，温度梯度2700K/m，冷却速度250K/s；

从激光沉积Ni-Cr-Mo粉末和基体界面组织结构看出，沉积组织与基体的界面区域热影响区窄，且无裂纹缺陷；

从激光沉积Ni-Cr-Mo粉末沉积层微观组织看出，沉积层的枝晶组织定向性良好，枝晶间间距均匀；

DZ125高温合金基体激光沉积Ni-Cr-Mo粉末的焊接抗拉强度850 MPa，达到基体抗拉强度的84%以上。

2.一种镍基定向高温合金激光定向增材方法，其特征在于，采用高温合金粉末，将粉末进行干燥处理，干燥结束后，冷却至室温；打磨定向镍基高温合金的沉积平面至光亮平整，利用酒精和丙酮将平面进行清洗，经干燥处理后固定于激光沉积平台；在真空手套箱环境中，采取同步送粉的沉积方式，选择一种光斑的光束在高温合金基体上进行激光增材处理，沉积过程中用保护气体覆盖激光沉积作用区，减少激光作用区的夹杂物产生并提高凝固速率；同时，采用液氮连续冷却的方法进行沉积平台冷却，提高沉积过程的温度梯度，有效控制沉积层枝晶组织的快速定向生长，该方法的工艺步骤如下：

1）高温合金粉末粒度在100～250目，球形度≥92%，氧含量≤300PPM，采用的合金粉末是Ni-Cr-Nb粉末，名义成分为Ni-18Cr-4Nb-2Mo-Ti：按重量百分比计，Cr 18%，Nb 4%，Mo2%，Ti 1%，Ni 余；

2）粉末干燥处理：温度100℃×2h；

3）沉积基体：DZ125镍基高温合金；

4）基体打磨高温合金的沉积平面至光亮平整，利用酒精和丙酮将平面清洗处理后干燥；

5）激光沉积真空手套箱环境：H₂O、O₂≤50PPM；

6）激光沉积的工艺参数：激光连续辐照，激光功率为800W，功率密度2×10⁵W/cm²，扫描速度为10mm/s，搭接量为40%，辐照光斑Φ3mm；激光同轴氩气送粉，送粉速度10g/min，载气流量4L/min，采用低温高纯氩气保护，氩气纯度99.999%，氩气流量为15L/min，氩气温度-76℃；

7）激光器：3000W的光纤耦合半导体激光器；

8）冷却沉积平台液氮的流速为4L/min，温度梯度3400K/m，冷却速度330K/s；

通过以上方法DZ125高温合金激光沉积Ni-Cr-Nb粉末组织均匀致密，枝晶组织定向性良好；且沉积层与基材的交界区域无裂纹缺陷；同时，DZ125高温合金基体激光沉积Ni-Cr-Nb粉末的焊接抗拉强度820 MPa，达到基体抗拉强度的81%以上。

3.一种镍基定向高温合金激光定向增材方法，其特征在于，采用高温合金粉末，将粉末进行干燥处理，干燥结束后，冷却至室温；打磨定向镍基高温合金的沉积平面至光亮平整，利用酒精和丙酮将平面进行清洗，经干燥处理后固定于激光沉积平台；在真空手套箱环境中，采取同步送粉的沉积方式，选择一种光斑的光束在高温合金基体上进行激光增材处理，沉积过程中用保护气体覆盖激光沉积作用区，减少激光作用区的夹杂物产生并提高凝固速率；同时，采用液氮连续冷却的方法进行沉积平台冷却，提高沉积过程的温度梯度，有效控制沉积层枝晶组织的快速定向生长，该方法的工艺步骤如下：

1）高温合金粉末粒度在100～250目，球形度≥94%，氧含量≤300PPM，采用的合金粉末是Co-Cr-Ni粉末，名义成分为Co-25Cr-11Ni-8W：按重量百分比计，Cr 25%，Ni 11%，W 8%，Co余；

2）粉末干燥处理：温度80℃×2h；

3）沉积基体：DZ125镍基高温合金；

4）基体打磨高温合金的沉积平面至光亮平整，利用酒精和丙酮将平面清洗处理后干燥；

5）激光沉积真空手套箱环境：H₂O、O₂≤50PPM；

6）激光沉积的工艺参数：激光连续辐照，激光功率为700W，功率密度5×10⁵W/cm²，扫描速度为8mm/s，搭接量为45%，辐照光斑Φ4mm；激光同轴氩气送粉，送粉速度12g/min，载气流量4.5L/min，采用低温高纯氩气保护，氩气纯度99.999%，氩气流量为18L/min，氩气温度-82℃；

7）激光器：3000W的光纤耦合半导体激光器；

8）冷却沉积平台液氮的流速为5L/min，温度梯度4400K/m，冷却速度380K/s；

通过以上方法DZ125高温合金激光沉积Co-Cr-Ni粉末组织均匀致密，枝晶定向性良好；且沉积层与基材的交界区域无孔洞裂纹缺陷；同时，DZ125高温合金基体激光沉积Co-Cr-Ni粉末的焊接抗拉强度870 MPa，达到基体抗拉强度的86%以上。