[发明专利]一种镍基梯度材料及选区激光熔化法制备镍基梯度材料的方法

说明书

本发明属于金属材料加工领域，尤其涉及一种镍基梯度材料及选区激光熔化法制备镍基梯度材料的方法。本发明提供的镍基梯度材料每层的晶粒度呈梯度变化，按abccba顺序循环排列，其中a层、b层和c层的平均晶粒度分别为0.3μm、0.6μm和1.3μm。选区激光熔化法制备镍基梯度材料的方法在设置工艺参数时，按xyzzyx顺序呈梯度变化循环设置铺粉厚度有效改善了镍基材料的力学性能，使得材料表层和内部力学性能呈现一定差异，能够有效释放材料在极冷条件下产生的内应力，降低材料内部裂纹和微孔的产生，使得镍基梯度材料可以在承载较大载荷后不致开裂，在保证材料致密度和显微硬度的基础上，提高了镍基梯度材料的塑性和韧性。

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，尤其涉及一种镍基梯度材料及选区激光熔化法制备镍基梯度材料的方法。

背景技术

镍基高温合金在高温下具有很高的抗疲劳强度、抗拉强度、屈服强度、抗氧化性和抗腐蚀性，是航空发动机热端部件中不可或缺的一类关键材料，在工业汽轮机、核工业等领域也应用广泛，在宇航结构部件和化工领域应用广泛。该合金用于制造发动机机匣、导向叶片、筒体、燃油总管等部件，已通过实际应用考核，最高使用温度为950℃。

目前企业大多采用传统铸造、锻造、机械加工方法制备出强度高、硬度大、耐高温的镍基合金材料，选区激光熔化法是镍基高温合金成形方式的重要补充。选区激光熔化法(SLM)，是一种金属粉末的快速成型技术，能够直接成型出接近完全致密度的金属零件。其工作原理为：首先采用三维绘图软件绘制所需的三维模型，然后将三维模型进行切片处理，将得到的数据导入SLM成形机器中，在机器中设置每个成形件的工艺参数，从而自动生成各截面的扫描数据，SLM成形设备根据数据，控制激光器选择性的逐层熔化粉末，使粉末间到达牢固的冶金结合，逐层的堆积，最终获得所需的三维零件。

但是利用SLM技术传统单一工艺制备材料晶粒分布不规则，且晶粒度接近统一，材料表层和内部力学性能相同，激光从加工区移走后，材料遇冷急速冷却，在内部产生很多微孔和微裂纹，单一工艺参数制备材料无法有效释放内部应力，在承载一定载荷后，容易在微孔和裂纹处开裂，降低材料的使用性能。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种镍基梯度材料及选区激光熔化法制备镍基梯度材料的方法。

本发明的技术方案：

一种镍基梯度材料，所述镍基梯度材料每层的晶粒度呈梯度变化，按abccba顺序循环排列，其中a层的平均晶粒度为0.3μm，b层的平均晶粒度为0.6μm，c层的平均晶粒度为1.3μm。

进一步的，所述镍基梯度材料由Inconel 625镍基高温合金粉末或Inconel 718镍基高温合金粉末制成。

进一步的，所述Inconel 625镍基高温合金粉末的粒径为3.5～40μm，化学成分为Cr 20.0～23.0％，Mo 8.0～10.0％，Nb 3.15～4.15％，P≤0.015％，C≤0.10％，Si≤0.5％，Al≤0.4％，Ti≤0.4％，S≤0.015％，Fe≤5.0％，Co≤1.0％，Mn≤0.5％，余量为Ni。

进一步的，所述Inconel 718镍基高温合金粉末的粒径为3.5～40μm，化学成分为Ni 50～55％，Cr 17.0～21.0％，Mo 2.8～3.3％，Nb 4.75～5.5％，Al 0.2～0.8％，Ti0.65～1.15％，C≤0.08％，Si≤0.35％，S≤0.015％，Cu≤0.30％，Mn≤0.35％，B≤0.006％，余量为Fe。

选区激光熔化法制备镍基梯度材料的方法，所述方法步骤如下：

步骤一：建立待制备的镍基梯度材料的三维模型，对三维模型进行切片分层，得到各个截面的数据并将数据导入快速成形设备；