[发明专利]不锈钢基复合材料及其增材制造方法、应用

说明书

本发明公开了一种不锈钢基复合材料及其增材制造方法、应用，涉及金属复合材料技术领域。该不锈钢基复合材料是通过在316L粉末中添加纯Nb粉末，经铺粉式选区激光熔融工艺制得。不锈钢基复合材料的微观组织倾向于胞状结构，其中存在一定量的未熔强化Nb颗粒，与基体之间呈良好冶金结合，微观组织中的碳化物、氮化物和金属间化合物以纳米级沉淀形式析出，弥散分布在不锈钢基复合材料中，能够有效细化晶粒。Nb还能和奥氏体不锈钢中的碳、氮结合，使其耐晶界腐蚀性能提高，从而可制备得到高强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性的不锈钢基复合材料，适用于航空发动机系统和飞机结构件。

技术领域

本发明涉及金属复合材料技术领域，具体而言，涉及一种不锈钢基复合材料及其增材制造方法、应用。

背景技术

316L不锈钢以其良好的耐腐蚀性、抗蠕变性、耐高温性、高韧性以及无磁性等优点被广泛应用在化工、船舶、汽车等领域。近年来，随着我国综合国力的提高，在航空航天、汽车等领域对不锈钢强度、韧性、耐磨性和耐蚀性的要求越来越高。然而，316L不锈钢的低强度和较差耐磨性极大地限制了其在工业应用领域的进一步应用。

随着复合材料的开发和应用，研究人员发现以金属或合金为基体，通过特定的材料加工工艺将高硬度、高耐磨性的颗粒增强相加入金属基体，制备的颗粒增强金属基复合材料不仅保留了金属或合金基体良好的塑韧性，还增加了颗粒增强相高硬度、高耐磨性的特性，能够满足多个领域对高性能材料的要求。

目前有在钢的微合金化元素中添加Nb的技术方案，但是目前添加Nb元素以提高钢性能的方案中，均需要将Nb进行熔炼、热轧等传统工艺成形，并在后热处理的条件下才能达到其良好的力学性能，成形及后热处理工艺复杂，工序周期长，成本较高，不适合小批量的工业化生产。此外，不锈钢基复合材料的力学性能、耐腐蚀性能和摩擦磨损性能仍有待于综合考虑，综合性能仍有待于进一步提高，以适应航空发动机系统和飞机结构件等关键部件对复合材料结构高强度、高耐磨性和较好的耐腐蚀性能等综合性能要求。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不锈钢基复合材料及其增材制造方法、应用，该不锈钢基复合材料具有高强度、高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性能，可以应用于航空发动机系统和飞机结构件等关键部件。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种不锈钢基复合材料的增材制造方法，包括采用铺粉式选区激光熔融工艺对不锈钢基复合粉末进行增材制造。

其中，不锈钢基复合粉末按照重量百分比计，包括Cr：17.5～18.0％、Ni：12.5～13.0％、Nb：0.5～10.0％、Mo：2.25～2.50％、Mn：≤2.0％、C：≤0.03％、N：≤0.10％，余量为Fe。

第二方面，本发明提供一种不锈钢基复合材料，由前述实施方式任一项的增材制造方法制得。

第三方面，本发明提供一种如前述实施方式的不锈钢基复合材料在制备航空发动机系统和飞机结构件领域的应用。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种不锈钢基复合材料及其增材制造方法、应用，通过在316L粉末中添加纯Nb粉末，获得的不锈钢基复合材料经过铺粉式选区激光熔融工艺后，不锈钢基复合材料的微观组织中存在一定量的未熔强化Nb颗粒，与基体之间呈良好冶金结合，微观组织倾向于胞状结构，大量的碳化物、氮化物和金属间化合物以纳米级沉淀形式析出，且弥散分布在不锈钢基复合材料基体中，有效地细化了不锈钢基复合材料的晶粒。Nb还能和奥氏体不锈钢中的碳氮结合而避免了其耐晶间腐蚀性能的降低，从而可制备得到高强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性的不锈钢基复合材料。能够适用于航空发动机系统和飞机结构件，例如发动机的高压压气机轮盘和航空燃料与液压控制系统等零件的增强与零件修复等。

附图说明