[发明专利]一种提高激光增材制造合金钢粉末利用率的方法

说明书

本发明属于金属激光增材制造领域，具体为一种提高激光增材制造合金钢粉末利用率的方法，适用于各种合金钢粉末激光沉积利用率有效提高。采用合金钢粉末相同粒度的Ni、Cr、Nb、Si一种或两种以上粉末，通过球磨机均匀混合一定比例于激光沉积合金钢回收粉末中，在真空手套箱中用同步送粉方法进行激光沉积，沉积过程中用一定流量的氩气保护激光沉积作用区，可实现沉积结构钢内部组织较为致密的激光增材制造。本发明实现激光沉积合金结构钢组织较为致密均匀，孔洞、裂纹及夹杂物缺陷完全消除的激光增材制造，同时激光沉积层力学性能显著改善，为激光增材制造合金钢结构件方面有效提高粉末利用率提供解决方案。

技术领域

本发明属于金属激光增材制造领域，具体为一种提高激光增材制造合金钢粉末利用率的方法，适用于各种合金钢粉末激光沉积利用率有效提高。

背景技术

激光沉积增材制造是一种新的制造技术，以高功率激光作为热源，通过激光熔合同步输送的粉末等原材料，逐层熔化堆积而实现增材制造，实现任意复杂形状金属零件的成型制造。但激光增材制造技术粉末利用率还存在较大问题，其中激光同步送粉的粉末利用率在25～55％之间，研究和发明提高粉末高效利用的方法对激光增材制造生产的经济性和环保性意义重大。

合金结构钢作为现代工业应用广泛的金属材料，具有良好的淬透性，经适宜的热处理后，易达到良好表现的力学性能等，广泛用于制造尺寸较大、结构复杂的高性能构件。例如：核电应急柴油机凸轮轴和高铁列车制动盘等重点工程领域中大尺寸高性能结构零件，合金结构钢零件在各领域的应用潜力，主要取决于大尺寸构件内部组织致密均匀及力学性能综合优化。

因此，研究和发明提高粉末高效利用的方法，在满足零件增材制造力学性能同时能更好地提高增材制造高效利用率，为增材制造生产节能环保和我国关键零部件制造自主化具有重要的实用价值和理论意义。

发明内容

为了解决激光增材制造合金钢粉末利用率的较低问题，本发明的目的在于提供一种提高激光增材制造合金钢粉末利用率的方法，通过混合Ni、Cr、Nb、Si粉末一定比例于合金钢回收粉末改善合金钢末的自熔性能，同时去除沉积组织夹杂问题，获得合金钢激光沉积组织致密均匀和良好的综合力学性能，同时也切实提高增材制造的高效经济性及环保性。

本发明的技术方案如下：

一种提高激光增材制造合金钢粉末利用率的方法，该方法的工艺步骤如下：

采用粒度相同的Ni、Cr、Nb、Si粉末，分别取一种或两种以上粉末球磨处理后，均匀混入结构钢回收粉末中形成混合合金钢粉末，并将混合合金钢粉末进行干燥处理，干燥处理温度为85～150℃，干燥结束后，冷却至室温；根据沉积的目标钢粉末选择基体，在真空手套箱环境中，采用激光沉积、同步送粉方式，选择一种光斑的光束在基体上进行激光沉积处理，同时用保护气体覆盖激光作用区，净化激光作用区并提高凝固速率。

所述的结构钢回收粉末，粒度在100～300目，球形度≥80％，氧含量≥1000PPM。

所述的Ni、Cr、Nb、Si粉末，粒度为100～300目，球形度≥90％，化学成分纯度在99wt％以上，氧含量≤500PPM。

所述的Ni、Cr、Nb、Si一种或两种以上粉末，占混合合金钢粉末比例不大于15wt％，混合合金钢粉末总重量100％。

所述的干燥处理是将混合合金钢粉末置于干燥箱中，在100～200℃干燥1小时以上。

所述的基体与合金结构钢具有较好的润湿性和良好焊接性能。

所述的真空手套箱环境，H₂O≤200PPM、O₂≤200PPM。

所述的激光沉积、同步送粉的工艺参数如下：