[发明专利]一种梯度材料及其制备方法

说明书

本申请公开了一种合金材料，特别是连接异种钢，诸如T91钢和316H不锈钢的梯度材料。所述梯度材料具有依次层叠的T91钢层、过渡层和316H不锈钢层，其中，在所述过渡层中，T91钢和316H不锈钢重量百分比之和为100％，T91钢的重量百分比从100％～0％梯度减小；同时316H不锈钢的重量百分比从0％～100％梯度增加。该梯度材料由激光增材工艺在基板上形成，以解决传统焊接方式部件不适用于铅或铅铋冷却的反应堆系统的要求的问题，用于铅或铅铋冷却的反应堆系统的零部件的制造。

技术领域

本发明涉及合金材料领域，特别涉及连接异种钢的合金材料及其制造方法。

背景技术

铁素体马氏体钢和奥氏体不锈钢，例如T91和316H，常用于核电反应堆部件的制造，在传统焊接方式中，通常用镍基焊材以堆焊方式进行焊接连接。但是由于镍在铅或铅铋中具有很高的溶解度，这种焊接异材结构在铅或铅铋冷却的核试验装置及快中子反应堆中不适用。此外，传统焊接方式在异种钢材焊接接头处形成单过渡区，而铁素体马氏体钢和奥氏体不锈钢成分和微观组织差异性大，在该单过渡区中，存在很大的成分、组织及应力的不连续性。有研究表明，这种不连续性导致异种钢的焊接接头比同种钢接头更容易失效，直接关系到装置的可靠性、安全性。

因此，需要开发新的异材合金连接方法，以解决传统焊接方式部件不适用于铅或铅铋冷却的反应堆系统的要求的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供至少部分解决上述问题，用于替代镍连接T91钢和316H不锈钢的材料及其制造方法。

因此，本发明的第一方面提供一种用于连接T91钢和316H不锈钢的梯度材料，所述材料具有依次层叠的T91钢层；过渡层；和316H不锈钢层。

根据一种实施方式，本发明所述过渡层中，从所述T91钢层到所述316H不锈钢层，T91钢的重量百分比从100％～0％梯度减小；同时316H不锈钢的重量百分比从0％～100％梯度增加，且所述T91钢的重量百分比减小的梯度与316H不锈钢的重量百分比增加的梯度相同。

根据一种实施方式，在本发明的梯度材料中，过渡层包括多个子过渡层，相邻两个子过渡层之间T91钢或316H不锈钢以5～20％的梯度递增或递减，优选以7～15％的梯度递增或递减，最优选以10％的梯度递增或递减。

根据一种实施方式，在本发明的梯度材料中，其中每层所述子过渡层的厚度为0.5～0.7mm。

根据一种实施方式，在本发明的梯度材料中，打印6～21层子过渡层，每层厚0.5～0.7mm，搭接率40～50％，且所述过渡层的厚度为3～15mm。

根据一种实施方式，在本发明的梯度材料中，所述梯度材料通过激光增材方法制造。

本发明的第二方面提供一种所述的梯度材料的制造方法，所述方法包括：

分别提供T91钢粉末和316H不锈钢粉末；和

通过激光增材工艺在基板上形成所述梯度材料。

根据一种实施方式，在本发明的制造方法中，T91钢层和316H不锈钢层分别通过激光增材的方法打印20～40层，每层厚0.5～0.7mm，搭接率40～50％，送粉率10～14g/min。

根据一种实施方式，在本发明的制造方法中，优选地按照所述T91钢层、所述过渡层和所述316H不锈钢层的顺序依次形成各层。

根据一种实施方式，在本发明的制造方法中，所述T91钢粉末和所述316H不锈钢粉末分别具有50～153μm的粒度分布。

根据一种实施方式，在本发明的制造方法中，所述基板为304不锈钢，所述激光增材工艺在惰性气氛中进行。