[发明专利]一种3DP法制备高温镍基合金多孔材料的方法及后处理工艺

说明书

本发明公开了一种3DP法制备高温镍基合金多孔材料的方法及后处理工艺，包括以下步骤：A、混合粉末：将一定配比的Ni、Cr、Fe等金属粉末与聚乙烯醇粉末充分混合；B、宏观直接造孔：根据多孔材料的外形特征、孔隙率、孔洞分布规律和孔洞形态尺寸设计要求，通过三维设计软件设计出多孔结构的三维模型；C、3DP法制备多孔材料：3DP设备接收打印程序，设置打印参数开始打印；D、清除残粉：先从粉堆中取出粗坯，然后将粗坯上的残粉进行清除；E、脱粘与气氛烧结处理：将粗坯送至马弗炉进行脱粘和气氛烧结；F、电化学腐蚀：对烧结完毕的镍基多孔材料进行电化学腐蚀处理；G、深冷处理：将制件放入深冷装置进行深冷处理；H、高温镍基合金多孔材料的制备和后处理完成。

技术领域

本发明涉及3D打印成型制造技术领域，具体为一种3DP法制备高温镍基合金多孔材料的方法及后处理工艺。

背景技术

金属多孔材料因其具有孔形稳定、耐髙温高压、抗腐蚀、抗氧化、渗透性好、优良的力学性能、可加工及良好的生物相容性等特性，作为过滤、分离、催化、消音、吸震、吸附及人体植入物等功能性材料，广泛应用于航空航天、石油化工、冶金、医药、建筑与环境保护等领域。在金属多孔材料内部，遍布着大量随机或具有方向性的孔洞，这些孔洞的直径范围为2μm至3mm之间。金属多孔材料可以弥补有机或陶瓷、玻璃等非金属无机多孔材料难以同时满足强度、塑性、高温等使用条件的缺陷。其中，镍基高温合金，能在600℃以上的高温环境及一定的应力作用下长期服役，最高使用温度可达到1000～1300℃，且在高温下仍具有较高的强度、良好的抗疲劳性能、较好的抗氧化及抗热腐蚀性能、以及优异的断裂塑和韧性。

金属多孔材料的常规制备工艺主要包括粉末冶金法、熔体发泡法、电沉积法、造孔剂脱除法、有机泡沫浸渍法等。但以上所述的金属多孔材料常规制备方法还存在一定的不足，其造孔机理大多是宏观物理成孔机制，孔结构参数的可控性较差，不能精确控制孔的大小及分布，密度不易控制，且制品形状受较大限制，难以加工异形复杂制品，亦或孔结构理想却制备成本昂贵，导致材料的应用领域受到限制。

金属增材制造技术对于高性能金属多孔材料而言，是一种极为有利的成型技术。目前，已有多种三维打印工艺应用于金属打印，如直接金属激光烧结成型(Direct metalLaser Sintering，DMLS)、选择性激光烧结成型(Selective Laser Sintering，SLS)、选择性激光熔化成型(Selective Laser Melting，SLM)、激光近净成型(Laser Engineered NetShaping， LENS)和选区电子束熔融成型(Electron Beam Melting，EBM)、三维打印(Three-Dimension Printing，3DP)和熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)等。其中DMLS、SLS、SLM、LENS、EBM技术都可以制备多孔金属件，且多孔结构可以做得较精细，是国内外现阶段研究的主要方法，工艺较为成熟，但是它们所需的打印设备价格高、能耗大。FDM技术可制备的多孔结构的材料受到限制，一般为低熔点热塑性材料或者低熔点合金材料。

三维打印(3DP)技术与设备是由美国麻省理工学院(MIT)开发与研制的，使用的打印材料多为粉末材料，如陶瓷粉末、金属粉末、塑料粉末等，这些粉末通过喷头喷涂粘结剂将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。使用该方法制备镍基多孔材料，有助于解决高温镍基合金多孔材料常规制备法及后处理工艺复杂、成本高、无法制备异形复杂元件的技术瓶颈。