[发明专利]一种高效激光3D打印Fe基非晶构件的工艺

说明书

本发明公开了一种高效激光3D打印Fe基非晶构件的工艺，属于合金的增材制造技术领域，包括以下步骤：将粒径为20μm~200μm的一种晶体粉末，在激光功率500 W~1000 W，扫描速度600 mm/min~3000 mm/min，激光光斑直径2 mm~4 mm，打印厚度2 mm~50 mm，打印环境含氧量低于10 ppm的条件下，利用同轴送粉激光3D打印的方法打印出晶体构件；待晶体构件冷却30 min~120 min，将粒径为20μm~200μm的一种Fe基非晶粉末，在激光功率800 W~1500 W，扫描速度为600 mm/min~3000 mm/min，打印层厚度0.3 mm~2 mm的参数下，在打印好的晶体表面打印Fe基非晶，最后得到Fe基非晶构件。本发明克服了非晶成型形状简单，非晶构件生产效率低和有裂纹的缺点，解决了非晶粉末价格高昂的问题。

技术领域

本发明属于合金的增材制造技术领域，具体为一种高效激光3D打印Fe基非晶构件的工艺。

背景技术

非晶合金与传统的晶体材料相比在原子排列上具有长程无序短程有序的特征，正是这种独特的结构使得非晶合金不像晶体材料那样具有晶界、位错等组织缺陷。非晶合金的这种特殊结构使其具有比常规晶体材料更为优异的力学性能、耐腐蚀性能、磁学性能、导热性能、导电性能等物理和化学性质。这些优异的性能使非晶合金在很多领域具有广泛的应用前景。例如在航空领域用非晶材料做发动机叶片、在航海上利用非晶优异的耐腐蚀性能在船舶的表面涂上一层非晶、在医学领域利用非晶与人体的生物相容性用做人体骨骼、在电子产品、机器人、精密仪表、汽车、高铁、体育器材等领域非晶合金都有广泛的应用。在所有的非晶合金体系中，Fe基非晶合金由于其优异的力学性能、耐腐蚀性能、磁学性能受到了人们更为广泛的关注。然而，传统的铜模铸造法制备出的Fe基非晶合金的尺寸仅为厘米级，严重制约其在工程上的应用。另外，Fe基非晶合金存在严重的室温脆性问题，在室温下进行机械加工很容易断裂，因此难以获得形状复杂的非晶态构件。

激光3D打印技术是将金属粉末快速熔化然后凝固成型的一种增材制造技术。与传统的制造技术不同，激光3D打印技术是通过高能激光束使合金粉末快速熔化，同时通过激光束的快速移动实现熔化区域的快速冷却凝固，并最终通过逐层累积完成构件的制备。是制备大尺寸与复杂非晶合金结构的理想方案。因此，利用激光3D打印技术制备非晶合金构件，不仅能够获得比传统制备方法形状更加复杂的非晶构件，更是克服了传统铜模铸造非晶成型尺寸小的限制。然而，现有利用激光3D打印技术成型Fe基非晶构件普遍存在非晶含量低、有明显的裂纹和生产效率低等问题。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有利用激光3D打印技术成型Fe基非晶构件普遍存在非晶含量低、有明显的裂纹和生产效率低等问题，提供一种高效激光3D打印Fe基非晶构件的工艺。

本发明采用的技术方案如下：

一种高效激光3D打印Fe基非晶构件的工艺，包括以下步骤：

步骤S1，将粒径为20μm~200μm的一种晶体粉末，在激光功率500W~1000W，扫描速度600mm/min~3000mm/min，激光光斑直径2mm~4mm，打印层厚度2mm~50mm，打印环境含氧量低于10 ppm的条件下，利用同轴送粉激光3D打印的方法打印出晶体构件；

步骤S2,待晶体构件冷却30min~120min，将粒径为20μm~200μm的一种Fe基非晶粉末，在激光功率800 W~1500 W，扫描速度为600mm/min~3000 mm/min，打印层厚0.3mm~2mm的参数下，在打印好的晶体构件表面打印Fe基非晶，最后得到完全Fe基非晶构件。

其中，所述晶体金属粉末为316L不锈钢粉末、或430不锈钢粉末、或304L不锈钢粉末。

其中，所述Fe基非晶合金粉末与所述晶体金属粉末分别放置在同轴送粉激光3D打印机的送粉器的两个送粉桶中。

其中，所述晶体粉末打印在厚度为5 mm~30 mm 的普通钢或不锈钢基板上。