[发明专利]用于沉淀硬化的超合金粉末材料的增材制造技术

说明书

展现了一种增材制造技术。在具有或者没有定位在构建平台中的工件的情况下，粉末材料的第一层被散布在构建平台上。构建平台在增材制造设备的部件构建模块中。粉末材料是沉淀硬化的超合金，诸如镍基超合金，例如，γ'相的体积百分比等于或大于45体积百分比的镍基超合金。第一层形成由在构建平台上的粉末材料形成的粉末床的至少一部分。第一层的粉末材料被加热至在沉淀硬化的超合金的液相线温度的百分之65和百分之70之间的温度。在上述预热之后，通过使用能量束布置选择性扫描第一层的表面的部分，以熔化或烧结选择性扫描的部分。

技术领域

本发明涉及增材制造（AM），且特别地涉及用于沉淀硬化的超合金的增材制造的方法。

背景技术

近来，增材制造技术正被广泛用于高端工业零件和医疗植入物的制造。AM技术使得能够快速制造和/或维修零件并且实现复杂设计的制作。

增材制造（AM），也称为增层制造（ALM）、3D打印、快速原型制作或自由成型制造，是将增加的材料（即塑料、金属或陶瓷）联结以由3D模型数据制作对象的一组过程，对象通常被一层又一层地构建。

增材制造（AM）是一种相对新的固结过程，其能够逐层生产功能复杂的部件，而无需模具或压模。该过程使用强大的热源（诸如激光束）来熔化受控量的增加的材料，例如形式为粉末的金属或合金，然后其首先沉积在构建平台或预制工件的表面上。然后在每个在先层或先前形成的层上构建随后的层。与常规的机械加工过程相反，该计算机辅助制造（CAM）技术通过将材料逐层增加到工件上而不是如在机械加工中进行的那样通过将其移除来构建完整的功能部件，或者替代地在现有零件上（即在工件上）构建特征件。

增材制造经常开始于将待制造的部件的三维表示（例如CAD模型）切成非常薄的层，由此创建每一层的二维图像。如上文所述，待制造的部件能够是待构建在工件上的部件，例如，在维修碎裂的涡轮机叶片期间，碎裂的涡轮机叶片是工件，并且形成为填充或改造碎裂的部件的补片（patch）是在工件上构建的部件。工件被定位在构建平台上。为了形成每一层，流行的激光增材制造技术（诸如选择性激光熔化（SLM）和选择性激光烧结（SLS））涉及在工件的表面上以及在构建平台上方的邻接水平表面中机械地预先放置精确厚度的粉末材料的薄层。这种预先放置通过使用机械擦拭器或通过粉末散布机构扫掠或散布粉末的均匀层或将层刮平来实现，在此之后，能量束（诸如激光）根据用于相应层的固体材料的二维图案而被跨粉末层标引（index）。在完成针对相应层的标引操作之后，降低构建平台，且因此降低被沉积材料的水平平面，并且重复该过程，直到根据需要将三维部件完全构建在工件上为止。为了保护细金属颗粒的薄层免受污染物和湿气吸收的影响，通常在惰性气体（诸如氩气）的气氛下执行操作。

替代地，当从一开始就制造部件时，不需要将工件预先放置在构建平台上。通过散布在构建平台上的粉末材料的层中的一个（通常为第一层）中的增材制造过程来制造部件的第一层。通过如上文所述的增材制造过程在部件的第一层的顶部上制造部件的随后层。

如今，AM过程已广泛用于航空航天和能源行业、医疗应用、珠宝等中。选择性激光熔化（SLM）和选择性激光烧结（SLS）以及直接金属激光烧结（DMLS）、直接金属激光熔化（DMLM）是这样的AM过程：该AM过程使用形式为高功率激光束的能量通过将薄粉末层的细颗粒融合或者烧结（在SLS的情况中）在一起来创建三维金属部件。

期望通过AM技术构建的许多部件都需要用是沉淀硬化的超合金的粉末材料来构建。沉淀硬化，也称为沉淀强化或时效硬化，是一种众所周知的热处理技术，其用于增加可延展材料的屈服强度。沉淀硬化有利地用于增加许多结构合金的屈服强度，该结构合金例如为铝、镁、镍、钛以及一些钢和不锈钢的合金。使用沉淀硬化的一个具体示例是诸如镍基合金（Ni基合金）的超合金的处理，由于其出色的机械性能和在高温下的耐腐蚀性/抗氧化性，镍基合金被广泛用于内燃机和燃气涡轮机的高负荷零件。在制造和/或维修这种零件时经常需要增材制造过程或技术。