[发明专利]一种选区激光熔化成形镍基高温合金的方法

说明书

本发明公开了一种选区激光熔化成形镍基高温合金的方法，属于增材制造及粉末冶金领域。本方法使用氩气雾化所制备的镍基高温合金粉末，综合镍基高温合金的热物理性能、激光吸收及反射效率、粉末形貌、流动性等特征，设计最佳工艺参数，按照导入的三维模型进行零件成形，制得所需镍基高温合金成形件。本发明制备的镍基高温合金成形件，致密度高、内部质量好、缺陷少、力学性能优良，满足了当前激光成形镍基高温合金的质量要求。

技术领域

本发明涉及一种选区激光熔化成形镍基高温合金的方法，属于增材制造及粉末冶金领域。

背景技术

镍基高温合金能够在600℃以上的高温保持优异的抗屈服能力，抗疲劳能力、抗蠕变能力以及抗腐蚀能力，因此被广泛应用于航空航天、能源动力、交通运输和核电工业等领域，特别是航空发动机、火箭发动机和各种燃气轮机等的关键热端部件。由于镍基高温合金中含有大量难熔合金元素，粉末成形困难，变形加工难度大，制造工序繁琐，工艺复杂等问题，特别是形状复杂的零件，制造难度更大，严重制约了镍基高温合金在先进工业及国防装备中的应用。

激光成形技术为解决镍基高温合金的成形与应用难题提供了新的技术途径，激光成形是20世纪90年代发展起来的一种增材制造技术(additive manufacturing，AM)，包括粉床激光成形(选区激光熔化)和粉末激光熔覆。激光成形可以直接获得具有良好冶金结合、致密度接近100％的实体零件，能实现材料的净成形或近净成形，对于难以加工的材料或具有复杂结构的构件有很好的适用性，应用前景广阔。其中，粉床选区激光熔化成形是当前金属激光成形领域重要的研究方向，可用于镍基高温合金等难成形材料的高效制备。

由于大部分γ’析出相强化型镍基高温合金中Ti和Al成份较高，极大的影响了镍基高温合金的可焊接性，使得其对于高能激光束作用过程中的多重热循环过程，以及由其产生的热应力具有很高的敏感度，从而在成形过程中特别是层间结合处产生较多的裂纹和孔隙，阻碍了粉床选区激光熔化镍基高温合金致密度的提高。当前，尚未有制备出高致密度的高γ’析出相镍基高温合金粉床选区激光熔化成形件的相关报道。若想制备出高致密度，高精度的镍基高温合金粉床选区激光熔化成形件，不仅仅要求粉末质量好(氧含量低、球形度高、流动性好、无空心缺陷，且粒径分布均匀，卫星粉少及松装密度高)，而且要求激光成形工艺参数，成形策略等的合理搭配。

本发明提出了一种选区激光熔化成形镍基高温合金的方法，制备了高质量镍基高温合金粉末，采用粉床选区激光熔化成形工艺，制备出了致密度高、内部质量好、缺陷少、力学性能优良的镍基高温合金成形件。

发明内容

本发明提供了一种选区激光熔化成形镍基高温合金的方法。本发明制备的粉床选区激光熔化成形件致密度高、内部质量好、缺陷少、力学性能优良。

本发明一种选区激光熔化成形镍基高温合金的方法，其包括下述步骤：

步骤一：选取符合粉床选区激光熔化成形要求的镍基高温合金粉末；

步骤二：按照所需成形件特征，在计算机上建立三维模型并保存为STL格式的文件，将其导入粉床选区激光熔化成形设备的建造软件中，进行分层处理；

步骤三：将成形仓基板进行喷砂处理后放入成形区，并将基板调平，然后将步骤一所得镍基高温合金粉末装入粉床选区激光熔化成形设备的供粉缸，使用刮刀将粉末均匀平铺于成形基板之上，关闭设备舱门；

步骤四：在粉床选区激光熔化成形设备所配备操作系统中，调节基板加热温度，通入保护气氛，并设置成形件填充激光输入功率、扫描速度、扫描间距，以及轮廓激光输入功率、扫描速度，并选择激光成形扫描方式、光斑直径以及烧结层厚，保存工件参数，开始进行烧结；所述扫描方式包括轮廓扫描和填充扫描，每一层扫描时，先进行轮廓扫描再进行填充扫描，之后再一次轮廓扫描；

步骤五：将成形件从基板上分离，得到所制备的镍基高温合金成形件。