[发明专利]一种用于高能束3D打印的纳米氧化物颗粒/镍基高温合金复合球形粉末及其制备方法

说明书

本发明公开一种用于高能束3D打印的纳米氧化物颗粒/镍基高温合金复合球形粉末，纳米级氧化物增强颗粒分布于微米级球形镍基高温合金粉末的表面；所述镍基高温合金粉末纯度在99％以上，粒径为20‑50μm；所述纳米级氧化物增强颗粒采用纳米Y₂O₃、ThO₂或Al₂O₃粉末，粉末粒径为30‑100nm，添加的质量分数为1‑10％。此种复合球形粉末粒径分布窄、球形度高、流动性好，符合3D打印技术的要求，3D打印成品材料中纳米增强颗粒呈单颗粒分布，3D打印成品零件性能优异。本发明还公开一种用于高能束3D打印的纳米氧化物颗粒/镍基高温合金复合球形粉末的制备方法。

技术领域

本发明属于3D打印制造技术领域，特别涉及一种用于高能束3D打印的纳米氧化物颗粒/镍基高温合金复合球形粉末及其制备方法。

背景技术

镍基高温合金因其优异的高温服役性能被广泛应用于航天、航空等领域。相比于传统的铸造、机械切削等加工方法，激光、电子束等高能束3D打印能突破空间形状复杂、高温成形等条件的限制，已发展成为高精度、形状复杂镍基高温合金航空部件的主要成形方法。而3D打印粉体材料是确定3D打印成品质量的关键因素，决定着3D打印技术的成形能力边界。

近年来，氧化物弥散增强(ODS)镍基高温合金因高温下具有优越的抗氧化性、强度等性能，能适应在恶劣极端条件下工作，广泛应用于航空航天涡轮发动机等领域。氧化物弥散增强镍基高温合金主要是通过添加一些高耐热性、惰性的氧化物(Y₂O₃、ThO₂、Al₂O₃)颗粒，使其均匀地分布于基体中来提高其高温性能。

3D打印技术制备纳米陶瓷颗粒增强镍基高温合金构件具有较高技术难度。纳米颗粒巨大的比表面所产生的表面能使颗粒之间存在极强的团聚作用，而且陶瓷颗粒与基体金属密度差异大，更易引发团聚、偏聚，降低增强相颗粒对基体金属的强化效应。

针对上述问题，高能束3D打印的纳米氧化物颗粒/镍基高温合金均采用预制纳米氧化物颗粒/镍基高温合金复合粉体的技术路线。目前，预制纳米氧化物颗粒/镍基高温合金均采用长时间高能球磨的分散/复合的办法。而高能球磨法长时间混合粉末会极大地降低粉末颗粒的球形度，造成粉体流动性大幅下降，严重影响高能束3D打印的成形质量；并且难以彻底解决纳米级增强颗粒易团聚的问题，造成高能束3D打印的成品中纳米增强颗粒的团聚和偏聚。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种用于高能束3D打印的纳米氧化物颗粒/镍基高温合金复合球形粉末，其粒径分布窄、球形度高、流动性好，符合3D打印技术的要求，3D打印成品材料中纳米增强颗粒呈单颗粒分布，3D打印成品零件性能优异。

本发明的另一目的，在于提供一种用于高能束3D打印的纳米氧化物颗粒/镍基高温合金复合球形粉末的制备方法，具有原料选取广泛，制备方法简单易行，成本低等优点。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种用于高能束3D打印的纳米氧化物颗粒/镍基高温合金复合球形粉末，纳米级氧化物增强颗粒分布于微米级球形镍基高温合金粉末的表面。

上述镍基高温合金粉末纯度在99％以上，粒径为20-50μm。

上述纳米级氧化物增强颗粒采用纳米Y₂O₃、ThO₂或Al₂O₃粉末，粉末粒径为30-100nm，添加的质量分数为1-10％。

如前所述的一种用于高能束3D打印的纳米氧化物颗粒/镍基高温合金复合球形粉末的制备方法，包括如下步骤：