[发明专利]一种镍基定向高温合金激光定向增材方法

说明书

本发明属于金属激光增材制造领域，具体为一种镍基定向高温合金激光定向增材方法，适用于复杂结构的定向高温合金零件激光快速定向生长，解决由于磨损造成零件失效的问题。采用Ni‑Cr‑Mo、Ni‑Cr‑Nb和Co‑Cr‑Ni三种粉末，在真空手套箱中用同步送粉方法进行激光沉积，沉积过程中用保护气体覆盖激光沉积作用区，同时采用液氮连续冷却的方法冷却沉积平台增大沉积层冷却的温度梯度，可实现镍基定向高温合金快速定向增材，从而达到零件尺寸的恢复。本发明为镍基定向合金提供一种新型定向生长工艺方法，该方法沉积过程采用自动化控制，效率高；沉积枝晶组织定向性良好，致密均匀，热影响区窄且无热裂纹产生，沉积层与基体的焊接抗拉性能达到基体性能80％以上。

技术领域

本发明属于金属激光增材制造领域，涉及一种镍基定向高温合金激光定向增材方法，适用于复杂结构的镍基定向高温合金零件激光快速定向生长。

背景技术

高温合金从诞生那刻开始就主要用于航空发动机，在现代先进的航空发动机中，高温合金材料用量占发动机总量的40％～60％。在航空发动机中，高温合金主要运用于四大热端部件，导向器、涡轮叶片、涡轮盘和燃烧室。同时，高温合金还是燃汽轮机及火箭发动机等高温热端部件的不可替代的材料。现在，镍基定向高温合金已经成为航空用途的主要材料，是喷气式航空发动机叶片与热端部件主要材料，它们工作在高温与高应力条件下，叶片在高速运转过程中，极易发生叶尖等部位的磨损，造成零件尺寸失效，高温合金的定向修复难度大，经济损失，这样给发动机叶片延长使用寿命带来较大困难。同时，随着我国现代工业化建设的发展，各民航工业对镍基定向高温合金材料的需求日渐增多，愈以迫切。在推动高温合金本身的发展和提高同时，也带来高温合金定向增材制造严峻问题。

迄今为止，航空发动机内部复杂形状的定向镍基高温零件主要来源于进口，国内铸造的成品率较低且缺陷存在较多，零件易出现铸造裂纹，且成品的寿命较低，难满足快速发展的航空发动机等行业要求，严重制约航空发动机零件在我国工业领域国产化的应用。且进口的镍基定向高温零件(如：航空发动机叶片等)价值较高，发动机内定向高温合金叶片达数量较多，一旦叶片等尺寸失效就面临零件的报废，造成巨大的经济损失。

激光增材制造技术，也称激光熔化成型技术(Laser Melt Deposition,LMD)是以高功率激光为热源，通过激光熔合同步输送的原材料，逐层堆积而实现增材制造，在制造结构复杂的定向镍基合金具有高效率、高质量及高性能等特有优势，可实现任意复杂形状金属零件的成型制造。因此，研究镍基定向高温合金激光定向增材方法，创新制造定向高温合金定向生长，为我国关键航空零部件制造自主化增材制造具有重要的实用价值和理论意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍基定向高温合金激光定向增材方法，解决镍基定向高温合金零件由于磨损造成零件尺寸失效的问题。

本发明的技术方案如下：

一种镍基定向高温合金激光定向增材方法，该方法的工艺步骤如下：

采用粒度高温合金粉末，将粉末进行干燥处理，干燥处理的温度50～150℃，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。

所述的高温合金粉末，粒度在80～250目，球形度≥90％，氧含量≤300PPM。

所述的干燥处理是将混合粉末置于干燥箱中1小时以上。