[发明专利]一种激光熔化沉积不锈钢基复合材料所用粉料及制备方法

说明书

本发明涉及一种激光熔化沉积不锈钢基复合材料所用粉料及制备方法，选择不锈钢合金粉末的质量分数为69%‑90%；Cr₃C₂粉末的质量分数为7%‑20%；Ti粉末的质量分数为3%‑11%的配比，利用激光熔化沉积原位反应合成增强相技术，制备出TiC增强不锈钢基复合材料，显著缩短了现阶段制备金属基复合材料的生产周期，提高制造效率和精度，使制备出的复合材料组织均匀致密，机械性能良好，从而显著提高激光熔化沉积不锈钢构件的使用寿命，同时减少了贵金属的加入，降低不锈钢的生产成本，具有巨大的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明适用于激光增材制造领域，具体涉及一种激光熔化沉积TiC增强不锈钢基复合材料所用粉料及制备方法。

背景技术

不锈钢因在海水、酸碱介质中具有优异的耐蚀性，而广泛应用于食品、石油、化工、核电站、海洋装置及建筑等行业。然而，由于其硬度较低（200HV左右），不锈钢的耐磨蚀性能较差，从而降低了不锈钢的服役寿命，限制了不锈钢的应用范围。这一缺陷可以通过在不锈钢中引入硬质陶瓷增强相从而制备TiC增强不锈钢基复合材料来克服。在不同的金属基复合材料中，颗粒增强金属基复合材料因具有力学性能的各向同性特征而受到广泛关注。以前金属基复合材料制造工艺的研究往往侧重于传统的外加增强体复合法，但人们却发现传统的复合技术存在着许多问题，如增强体与基体结合不良、增强体易于偏聚，工艺复杂，成本昂贵等。鉴于在高温加工过程中，Ti和陶瓷相易发生剧烈的反应，并导致材料的某些性能下降，故材料的加工工艺方法显得特别重要。原位自生法制备的金属基复合材料，由于具有增强相，所以热力学稳定、尺寸细小、分布均匀、界面洁净，具有与基体相结合良好的特点，受到人们的重视。

近年来采用激光熔化沉积技术生产大型复杂结构金属零件已经成为材料领域的研究热点。激光熔化沉积技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除-切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。与传统加工技术相比，激光熔化沉积技术具有制造过程柔性化程度高、产品生产周期短、加工速度快的特点，能够生产复杂结构的零件。此外，激光熔化沉积过程具有熔凝速度快、成形材料组织细小、增强相分布均匀等优点，从而对传统的加工制造业产生了深刻的影响。本专利技术通过选取不锈钢合金粉末、Cr₃C₂和Ti粉末不同配比，揭示了激光熔化沉积制备原位合成TiC增强不锈钢基复合材料的形成机制及组织性能特点，从而获得一种新型材料激光熔化沉积专有技术，对于扩大激光增材制造不锈钢的应用领域具有重要的意义。激光增材制造原位合成TiC增强不锈钢基复合材料具有低成本、高硬度、优异的耐蚀性和良好的磨损性能等优点，可以大量用于塑性及承受冲击载荷要求较高的零件，如汽轮机叶片、大型轴流式压缩机叶片、紧固件、阀体、轴泵套、轴承等，从而延长不锈钢构件的服役寿命，扩大其工程应用范围。

发明内容

发明目的：

本发明目的是提供一种激光熔化沉积不锈钢基复合材料所用粉料及制备方法。采用激光熔化沉积技术，选取不同配比不锈钢合金粉末、Cr₃C₂和Ti粉末，利用原位反应合成增强相技术，制备出TiC增强不锈钢基复合材料，克服高温加工过程中，陶瓷增强相易发生界面反应、颗粒开裂，分布不均，体积分数受限等导致材料某些使用性能下降的弊端，为制备具有较高力学性能与高环境抗力的新型激光增材制造不锈钢基复合材料构件提供一种有效的途径。

技术方案：

一种激光熔化沉积不锈钢基复合材料所用粉料，该粉料成分包括不锈钢合金粉末、Cr₃C₂粉末和Ti粉末，所述不锈钢合金粉末的质量分数为69%-90%；Cr₃C₂粉末的质量分数为7%-20%；Ti粉末的质量分数为3%-11%。

所述合金粉料的粒度为50-180 μm，Cr₃C₂粉末和Ti粉末纯度不低于99.9％。