[发明专利]3D打印涡轮叶片的制备方法和涡轮导向叶片

说明书

本发明公开了一种3D打印涡轮叶片的制备方法及涡轮导向叶片，包括以下步骤：(1)、通过三维建模软件建立导向叶片模型；(2)、将步骤(1)中的导向叶片模型导入3D打印设备中，通过选区激光熔化镍基合金粉末，镍基合金粉末的粒度为20μm～50μm，获得导向叶片；(3)、将步骤(2)中的导向叶片进行至少三次热处理，第一次热处理采用加热温度1100℃～1200℃保温2h～3h后空冷；第二次热处理采用加热温度850℃～950℃保温7h～8h后空冷；第三次热处理采用加热温度700℃～850℃保温20h～30h后空冷。本发明的3D打印涡轮叶片的制备方法，通过粒度为20μm～50μm的镍基合金粉末与3D打印技术和选区激光熔化成型技术相结合，并通过热处理工艺，增强涡轮叶片强度和韧性。

技术领域

本发明涉及涡轮叶片制造领域，特别地，涉及一种3D打印涡轮叶片的制备方法。此外，本发明还涉及一种包括上述3D打印涡轮叶片的制备方法得到的涡轮导向叶片。

背景技术

现有燃气轮机使用的燃料部分为焦虑煤气、黄磷尾气等杂质含量较高的气体。由于焦虑煤气、黄磷尾气等气体不仅含有硫，还含有一些杂质，同时进气端的空气里也含有微颗粒尘土、钠盐和钒酸盐有害物质。对于R20燃气轮机所使用的涡轮导向叶片为采用传统的K403合金材料通过精密铸造方法得到的。其在高温条件下，会对涡轮导向叶片造成高温硫化腐蚀和热腐蚀，影响涡轮导向叶片的寿命。另外，涡轮导向叶片叶身的型面直接影响了涡轮排气面积和高温气流通过涡轮导叶的流畅度及通过后的气流方向进而影响涡轮做功，最终影响发电机组的发电量。

燃机涡轮叶片的制造一般先采用熔模铸造出毛坯，再进行去材料机械加工，最后得到所需尺寸的叶片零件。制造周期较长，包括从工装夹具的设计制造，毛坯熔模铸造，到最后的去材料机械加工，其工艺过程复杂且周期长，容易产生质量问题。而且，小批量制造成本较高，除了需要考虑大量工装夹具费用之外，还需要考虑铸造所需的蜡模模具设计制造费、陶瓷型芯的模具设计制造费，以及机械加工所需的磨工夹具设计制造费。现有新型结构的气冷空心叶片内部结构更加复杂，采用熔模铸造的K403合金抗高温硫化腐蚀性能较差，叶片使用寿命较短，且加工精度难以保证。因此，需要一种制造周期短、成本相对低的方法生产出不同型面的涡轮导向叶片，以验证实际工况下不同型面涡轮导向叶片对涡轮做功的影响，进而得到最佳型面的涡轮导向叶片，同时制造出来的叶片需能在高温(＞800℃)高腐蚀(杂质含量和硫含量较高)环境下长时间使用。

发明内容

本发明提供了一种3D打印涡轮叶片的制备方法及涡轮导向叶片，以解决现有制备涡轮叶片方法复杂，成本高，且加工精度难以满足的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种3D打印涡轮叶片的制备方法，包括以下步骤

(1)、通过三维建模软件建立导向叶片模型；

(2)、将步骤(1)中的导向叶片模型导入3D打印设备中，通过选区激光熔化镍基合金粉末，镍基合金粉末的粒度为20μm～50μm，获得导向叶片；

(3)、将步骤(2)中的导向叶片进行至少三次热处理，第一次热处理采用加热温度1100℃～1200℃保温2h～3h后空冷；第二次热处理采用加热温度850℃～950℃保温7h～8h后空冷；第三次热处理采用加热温度700℃～850℃保温20h～30h后空冷。

进一步地，镍基合金粉末激光熔化前进行惰性气体保护；惰性气体采用氩气或氦气。

进一步地，镍基合金粉末的制备包括以下步骤：以质量百分数计的Cr为20％～22％、Co为17.5％～19％、Al为2.5％～3.0％、Ta为2.3％～2.5％、Ti为2.6％～2.8％、W为1.7％～2.1％、C为0.1％～0.15％、Cb为0.8％～1％、Zr为0.05％～0.1％、B为0.005％～0.01％、余量为Ni进行配料，采用真空感应熔炼制备母合金锭；将母合金锭进行均匀化热处理；将热处理的母合金锭加工成为电极棒；将电极棒采用等离子旋转电极法制备成合金粉末，过滤获得镍基合金粉末。