[发明专利]一种Cr3C2-NiCr复合材料构件的激光成形方法

说明书

技术领域

本发明属于激光成形领域，涉及一种Cr₃C₂-NiCr复合材料构件的激光成形方法。

背景技术

Cr的碳化物类型主要有M₃C₂,M₃C,M₇C₃和M₂₃C₆等类型，热力学稳定性较好的是Cr₃C₂、Cr₇C₃和Cr₂₃C₆，Cr₃C₂和Cr₇C₃常用做金属基复合材料（MMC）的增强相。其中Cr₃C₂在高温条件下依然能保持相当高的硬度，还具有很强的耐蚀性和耐磨性。

Cr₃C₂-NiCr在空气中只有在1000°C以上才开始显著氧化，其典型应用产品主要有燃煤锅炉炉管、冶金退火炉辊、热成型模具、液压机阀门、热轧辊、水轮机喷咀、透平排气支撑、压缩机曲轴、柴油机活塞和燃机叶片等。

MMC的制备技术依据增强颗粒的加入方式的不同，可分为原位自生和强制加入两种。外加Cr₃C₂颗粒的激光加工复合材料，会导致材料中Cr₃C₂分解，并重新生成Cr₇C₃等碳化物，成为Cr₃C₂复合材料激光加工的难点之一。原位自生技术借助合金设计，在基体金属内原位反应成核，生成一种或几种热力学稳定的增强相，这种方法避免了外加增强体的分解、节约能源、资源并能够减少排放，材料的增强体表面无污染，制品性能优良。但其工艺过程要求严格、较难掌握、且增强相的成分和体积分数不易控制。

激光成形工艺利用小体积累积成形的方法，可以在宏观控制增强相的均匀分布，为送粉激光原位成形颗粒增强MMC提供可能。金属粉与石墨粉的堆积密度相差较大，在激光成形过程中，容易因为粉体密度相差较大而造成分层，在成形部件中造成增强相的分布不均，而且会改变增强相的设计成分，大幅降低Cr₃C₂-NiCr复合材料部件的性能。因此本发明采用在线连续送粉激光原位复合成形的方法，制备Cr₃C₂-NiCr复合材料部件，实现成形部件的增强相分布连续可控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种增强相分布可控的Cr₃C₂-NiCr复合材料构件的激光成形方法。本发明方法从原位合成路线和激光成形工艺着手，能够使增强相在复合材料中均匀分布，实现性能优良的Cr₃C₂-NiCr复合材料部件的激光成形。

本发明方法主要包括以下步骤：

原料配方与预处理

原料配方为：石墨3.28~4.80wt.%，Cr30.25~38.53wt.%，Mo1.56~3.85%，稀土氧化物0.38~0.71wt.%，Ni余量；原料采用粉体形式，金属Ni、Cr、Mo粉和石墨粉的颗粒尺寸在50~200微米，将金属Cr粉和稀土氧化物粉末球磨0.5~5小时；

送粉与混料

采用多料斗螺旋送粉混合系统进行送粉和及时混合，所述多料斗螺旋送粉混合系统由四个送粉器分别通过送粉管与一个共同的激光头连接组成，将Cr和稀土氧化物的混合粉末放入第1个料斗中，Ni粉置于第2料斗中，Mo粉置于第3料斗中，石墨粉置于第4个料斗中，4个送粉器同时送粉，并通过调整螺杆转速控制粉体的比例；

激光成形

激光成形的激光头采用4管同轴不连续喷嘴，实现对激光熔池的环抱粉体喷射，使激光熔池各成分均匀分布；将设计部件的数字图形数据利用分层软件进行切片，并建立分层最佳激光扫描路径及其层间连接配合，设置每层厚度为0.05~0.4mm，然后在四轴数字加工机床上分层进行激光成形；成形过程中，通过调节螺杆转度控制送粉成分，使得局部生成的增强相成梯度分布，即构件外层为耐磨的Cr₃C₂-NiCr复合材料，内部为金属基体材料,并最终使用的原料符合步骤（1）中的比例要求。