[发明专利]用于增材制造的核壳合金粉末、增材制造方法和增材制造的沉淀弥散强化合金构件

说明书

本发明提供了一种用于增材制造的核壳结构合金粉末、一种增材制造的沉淀弥散强化合金构件，以及一种用于增材制造该构件的方法。合金粉末包含多个颗粒，其中，所述多个颗粒中的一个以上包含合金粉末核和设置于至少一部分合金粉末核上的富氧或富氮壳。合金粉末核包含具有一种以上的反应性元素的合金成分基体，其中，反应性元素被配置成与氧、氮或二者反应。该合金成分基体包含不锈钢、铁基合金、镍基合金、镍铁基合金、钴基合金、铜基合金、铝基合金、钛基合金或它们的组合。合金成分基体包含反应性元素，存在的反应性元素的量为合金粉末总重量的约0.01wt％至10wt％。

本发明是在美国政府的支持(美国能源部授予的合同No.DE-NE0008428)下完成的。美国政府在本发明中享有一定的权利。

技术领域

本说明书的实施方式涉及沉淀弥散强化合金(precipitation dispersionstrengthened alloy)，更具体地，本说明书的实施方式涉及具有纳米级氧化物或氮化物析出物的氧化物或氮化物沉淀弥散强化合金及其制备方法。

背景技术

制备氧化物弥散强化(ODS，oxide dispersion strengthened)或氮化物弥散强化合金的常规方法是基于：使用机械球磨工艺，混合纳米级氧化物或氮化物颗粒与金属合金粉末，随后将混合物热凝固(hot consolidation)形成一本体(body)。有时，这些经研磨的粉末混合物(含有金属合金粉末和纳米级氧化物或氮化物颗粒)用于激光束或电子束粉末床(electron beam powder bed)增材制造(additive manufacturing)，以形成具有复杂几何形状的构件。然而，这些经研磨的粉末混合物的激光束或电子束熔化和凝固通常导致预加工的纳米级氧化物或氮化物颗粒的不希望的粗化(coarsening)、团聚(agglomeration)、不均匀分布。

因此，使用经研磨的粉末混合物(含有纳米级氧化物或氮化物颗粒)增材制造的构件一般具有大的、团聚的和非均匀分布的颗粒(形成于与增材制造相关的激光束或电子束加工期间和/或之后)。这些大的、团聚的和非均匀分布的颗粒(形成于增材制造工艺期间和/或之后)不利地影响构件的物理性质，因此是不希望的。此外，常规使用的球磨工艺耗时且昂贵。而且，球磨粉末的粉末质量可能不可靠并且不可复制用于大规模粉末生产。

发明内容

在一个实施方式中，用于增材制造的核壳结构的合金粉末包含多个颗粒，其中，一个以上的所述多个颗粒包含合金粉末核和富氧或富氮壳，该富氧或富氮壳被设置于至少一部分合金粉末核上。该合金粉末核包含合金成分基体，该合金成分基体具有一种以上反应性元素，其中，该反应性元素被配置成与氧、氮或二者反应。该合金成分基体包含不锈钢、铁基合金、镍基合金、镍铁基合金、钴基合金、铜基合金、铝基合金、钛基合金或它们的组合，并且其中，该合金成分基体包含反应性元素(reactive element)，该反应性元素的量为合金粉末总重量的约0.01wt％至10wt％。

在另一个实施方式中，增材制造沉淀弥散强化合金成分(由基于激光束或电子束的增材制造工艺生产)包含金属合金基基体(metal alloy based matrix)，以及纳米级析出物(包含氧化物、氮化物或二者)。纳米级析出物均匀地分散于金属合金基基体中，其中，纳米级析出物在金属合金基基体中存在于晶间、晶内或二者中。

在另一个实施方式中，提供一种用于增材制造沉淀弥散强化合金构件的方法，该沉淀弥散强化合金构件包含分散于金属合金基基体中的氧化物、氮化物或二者的纳米级析出物。该方法包括提供核壳结构的合金粉末，并使用基于激光束或电子束的粉末床工艺增材制造该合金构件。该方法还包括对该构件进行热处理以优化氧化物、氮化物或二者的纳米级析出物。在增材制造构件、热处理构件或二者期间，在构件中原位(in-situ)形成纳米级析出物。

附图说明