[发明专利]一种激光增材制造用低碳高铬合金钢粉末及制备方法

说明书

本申请公开了一种激光增材制造用低碳高铬合金钢粉末的制备方法和使用方法，合金钢粉末的主要成分组成为16Cr13MnMoSiVY。采用同轴送粉半导体激光器沉积的低碳高铬合金样品具有良好强韧性性能，硬度346HV～350HV，抗拉强度797MPa～890MPa，屈服强度σ0.2为340Mp～704Mpa，延伸率为12.5％～17.5％。该合金粉末和使用方法适应于冶金、核电、高铁等关键金属摩擦部件的激光增材制造应用。

技术领域

本发明属于激光增材制造用高性能金属粉末制备技术领域，具体涉及一种激光增材制造用球形低碳高铬合金钢粉末的制备和使用方法。

背景技术

激光增材制造技术是采用激光作为热源，通过添加材料直接从三维数学模型获得三维物理模型的所有制造技术的总称，包括激光熔敷、选择性热烧结(SHS)、选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔化(SLM)、直接金属激光烧结、分层实体制造和粉床法等。该技术基于离散-堆积原理，将材料逐层累积叠加制造实体零件，目前已被广泛应用于航空航天、汽车、医疗、金属、模具等工业领域，在大型复杂金属零件的高效、高精成形以及再制造方向具有独特的技术优势，更成为制造业向智能化快速转型的核心加工要素。

激光增材制造技术在国内外作为重点发展的新型产业化技术，与传统方法相比具有许多优点。具有无模具快速自由成形、近净化成形和低成本短流程的技术优势，能够实现一体化制造，极大的简化工序，大大缩短金属构件的制造周期。相较于传统的锻造、铸造等“减材制造”的制备方法，工艺过程简单，设计灵活性大，可控性好，效率高，材料立体成形性更好，它能够大大提高材料的利用率，节约90％的原材料，不仅有效降低了生产成本，符合当下绿色制造的理念潮流，还迎合了当下高效率的生产制造模式，是我国大力发展的新型制造产业技术之一，具有更广阔的应用前景，为零部件及成品设计制造提供更多的可能和用武之地。

低碳高铬合金具有强度高、耐疲劳、抗磨损以及耐腐蚀好等优良性能，广泛应用于机械、电力、矿山、交通等行业，主要用于工业机械设备中的易耗损或腐蚀环境下服役构件的制造与再制造，如冶金行业轧机的轧辊以及衬板、高铁制动盘、核电应急轴等零件等的熔覆修复、再制造与直接制造(3D成形)。采用激光增材制造技术，快速成形合金，钢成形件的组织晶粒细小、性能与铸、锻件相当。

激光增材制造过程中存在激光与材料之间复杂的相互作用，融合了材料的物理、化学、力学以及材料冶金之间多门学科的综合应用技术，包含着极其复杂、不易准确把控的反应现象。极易在制造零件过程中产生裂纹，这直接导致很多传统材料不能直接用于激光增材制造技术。市场上广泛使用的传统低碳高铬粉末，在进行激光增材制造时存在粉末打印性差、易产生变形开裂、打印试样缺陷多、强韧匹配性差及力学性能差等科学问题。针对这些问题，需要对于传统的低碳高铬合金成分需要进行调整改造，研究设计出一种新型的适用于激光增材制造的低碳高铬合金粉末，来解决打印成形过程中的变形开裂、成形性差以及打印试样性能不达标等问题。而目前还没有适用于激光增材制造用的低碳高合金粉末成分及制备方法，因此需要基于合金成分改造思路，设计出新型的低碳高铬合金粉末满足激光增材制造技术需求。

激光增材制造低碳高铬合金粉末的性能和打印技术是决定成形构件产品质量的关键因素，激光增材制造专用高性能低碳高铬合金粉末原材料具有良好的产业发展前景。合格的高性能激光增材制造专用低碳高铬合金粉末应该具有高球形度、高松装密度、低含氧量、低空心球率、均匀的粒径分布以及较好的流动性，并且能够满足激光增材制造技术需求。然而，气雾化制粉过程极其复杂，高性能合金粉末的制备是材料物化性能、流场动力学参数、熔炼参数、雾化参数等多种因素耦合作用综合优化设计的结果。国内的相关研究起步较晚，缺乏关键的核心技术，至今仍未能设计出激光增材制造专用的低碳高铬合金钢粉末，且缺乏大批量制备高性能、高质量、高价值低碳高铬合金粉末的核心技术。因此，迫切需要打破国外的技术垄断，研究具有自主知识产权的高性能激光增材制造用低碳高铬合金钢粉末。