[发明专利]一种通过选择性激光熔化制备Ni-Co基合金的方法

说明书

本发明公开了一种通过选择性激光熔化制备Ni‑Co基合金的方法。步骤如下：将Ni‑Co基预熔粉末经三次筛粉以保证纯度，成型腔内部需进行严格清理；基板调至水平后，将粉末均匀铺展在基板上并采用氩气作为保护气。每层熔化成型后，工作台下降一定高度(20～100μm)，刮板将粉末均匀铺于已成型上层，激光按预定路径扫描，重复以上过程，终形成截面直径150mm、高300 mm的18Ni300合金圆柱体试样。相关参数：激光功率200～500W，扫描速度800～2500mm/s，光纤激光器波长1090nm，保护氩气流量20L/min；本发明能够获得具有良好力学性能的18Ni300合金。发明具有工艺简单方便、节约成本、便于推广应用等优点。

技术领域

本发明涉及一种选择性激光熔化（SLM）技术制备Ni-Co基合金的方法，属于激光增材制造技术领域。特别涉及一种利用SLM制备18Ni300合金的方法。

背景技术

SLM作为一种新兴的快速制造技术，在过去的几十年中得到高速发展。这是一种能够直接从CAD数据中制造三维实体模型的技术，SLM成型原理是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固从而使零件成型。SLM技术可直接制成终端金属产品，省掉中间过渡环节；零件具有很高的尺寸精度以及好的表面粗糙度；适合各类具有复杂形状的工件，尤其适合内部有异型结构、用传统方法无法制造的复杂工件，SLM成型材料由于其优异的力学性能，在工业领域具有非常广阔的应用前景。18Ni300是一种低碳马氏体时效钢，其强度、韧性及耐磨性优于常规钢种材料，常被用来制作汽车、医疗以及机械工业零部件，由于此类工业零部件的尺寸较小且形状复杂，常规粉末冶金工艺往往难以成型，而运用SLM制造方法是一种行之有效的解决方案。

发明内容

本发明提出了一种能够降低生产成本通过SLM制备18Ni300合金的方法。图1a为18Ni300铸造态的显微组织，呈方向性明显的树枝晶，且组织晶粒较粗大且各向异性明显；图1b显示，SLM成型组织为极细小的等轴晶和柱状晶，其中柱状晶的生长受散热影响，基板散热最快，因此会沿着成型方向生长；成型件周围被粉末包围，散热条件相同，因此各向同性；由于SLM是一种快速加热及高速冷却的加工技术，可使晶粒细小，且不存在传统加工方法时常出现的宏观偏析等缺陷。

图2 为SLM成型18Ni300合金拉伸应力-应变曲线。成型件的抗拉强度1156MPa，伸长率10.5%，优于同样未经时效处理的铸态18Ni300钢力学性能，这归因于SLM成型件晶粒十分细小，且多晶粒边界在一定程度上阻碍了裂纹扩展，而激光熔池的高速冷却特性中也降低了杂质晶界偏析聚集的可能性，因此提高了成型件的强度和韧性。此外，SLM成型件X射线衍射图中出现了微弱fcc（面心立方）结构衍射峰，同时伴有少量奥氏体；奥氏体具有良好的塑型以及韧性，利于材料力学性能改善。

综合分析，用SLM成型18Ni300合金具有较为细化的组织结构，利于其力学性能的改善；SLM成型18Ni300合金组织主要包括马氏体，还包含少量奥氏体，奥氏体具有良好的塑、韧性。

本发明通过SLM技术制备一种具有良好力学性能的18Ni300合金。

具体步骤：

（1）将18Ni300预熔粉末经三次筛粉以保证纯度，成型腔内部也需进行严格清理，基板调至水平后，将预熔粉末倒入送腔进行预铺粉，观察粉末是否在基板上均匀铺展；而后将成型腔仓门关闭，抽至真空后重新充入氩气作为保护气；

（2）为保证粉末熔化重新凝固后与基体连接良好，加工前十几层的厚度可略微低于设计层厚。观察前期加工过程，如无明显缺陷和异常即可正常进行后续试样的制备打印。每层熔化成型后，工作台下降一定高度 (20～100 μm)，刮板将粉末均匀铺于已成型上层，激光按照预定路径扫描，重复以上过程，最终形成截面直径150 mm、高300 mm的18Ni300合金圆柱体试样。相关参数：激光功率200～500 W，扫描速度800～2500 mm/s，光纤激光器波长1090 nm，保护氩气流量20 L/min；