[发明专利]一种原位热处理提高3D打印镍基高温合金力学性能的方法

说明书

本发明提供一种原位热处理提高3D打印镍基高温合金力学性能的方法，在激光3D打印过程中，首先利用高能量密度激光束对合金粉末进行成形，得到成形层；然后利用低能量密度激光束对成形层进行原位二次激光扫描，实现原位热处理。针对镍基高温合金激光3D打印开裂、力学性能不足等问题，本发明采用高功率的激光束以较快的扫描速度第一次扫描，熔凝成形，得到成形层；随后采用低功率的激光和较慢扫描速度对成形层进行二次扫描，通过精确控制激光两次扫描能量输入，实现镍基高温合金激光3D打印过程原位热处理，快速消除残余应力，避免裂纹产生；析出纳米沉淀相，调控合金的显微组织，提高力学性能。

技术领域

本发明提供一种原位热处理提高3D打印镍基高温合金力学性能的方法，属于高温合金和增材制造领域。

背景技术

3D打印技术目前已经成为全球最关注的新兴技术之一，在制备复杂形状制件方面有着独特的优势，同时可以提升零件生产效率和减少材料浪费，大大减少成本和缩短制造时间，在航空航天、交通运输、生物医疗等领域有广阔的应用前景。但是，激光3D打印过程，冷却速度高达10⁴～10⁸K/s，导致成形过程中产生很大的温度梯度和很高的残余应力，使制件容易开裂；尤其是开裂敏感性高的“不可焊”镍基高温合金，成形过程中极易产生裂纹，严重影响3D打印镍基高温合金成形件的质量及应用。如何在3D打印过程中调控显微组织，抑制裂纹形成，制备无裂纹成形件，是3D打印制备高质量镍基高温合金亟需解决的关键问题。

针对上述问题，国内外进行了探索性的研究。中国专利(CN104785778A)公开了一种高温合金零件的激光3D打印工艺，采用高功率激光束逐层熔化、凝固堆积高温合金粉末，在成形过程中引入超声波消除应力，解决了激光3D打印零件的开裂问题。中国专利(CN108941560A)公开了一种消除René104镍基高温合金激光增材制造裂纹的方法，通过设计激光成形参数和分区扫描策略，抑制了成形件内部大尺寸裂纹的产生；采用去应力退火，完全消除成形件内部的残余应力；采用放电等离子烧结处理，消除了成形件内部的裂纹，并抑制了烧结过程中晶粒的长大。以上专利虽然通过消除应力，解决了激光3D打印制件的开裂问题，但是所制备的制件还需要采用额外的设备进行热处理，进而达到改善其综合性能的目的。

本发明首次提出在镍基高温合金激光3D打印过程中，通过激光二次扫描实现原位热处理，消除残余应力，避免裂纹产生；析出纳米沉淀相，调控合金的显微组织，提高力学性能。本发明设计了两个相互重叠的模型，分别对两个模型设置不同的扫描参数，从而实现二次激光原位热处理。

发明内容

本发明提出一种原位热处理提高3D打印镍基高温合金力学性能的方法，针对激光3D打印镍基高温合金开裂、力学性能差等问题，首次提出在镍基高温合金激光3D打印过程中，通过激光二次扫描实现原位热处理，消除残余应力，避免裂纹产生；析出纳米沉淀相，调控合金的显微组织，提高力学性能。

本发明一种原位热处理提高3D打印镍基高温合金力学性能的方法，在激光3D打印过程中，设计了两个相互重叠的模型，分别对两个模型设置不同的扫描参数，从而实现二次激光原位热处理。

本发明一种原位热处理提高3D打印镍基高温合金力学性能的方法，通过在激光3D打印过程中对成形件进行原位二次激光扫描，实现原位热处理。先以A功率的激光束以B扫描速度进行第一次扫描，使粉末熔凝成形；随后采用C功率的激光束和D扫描速度进行二次扫描，对激光3D打印成形件进行原位激光热处理；所述A大于C；所述B大于D。

本发明一种原位热处理提高3D打印镍基高温合金力学性能的方法，所述两次激光扫描路径相同。

本发明一种原位热处理提高3D打印镍基高温合金力学性能的方法，所述镍基高温合金粉末的粒径为15～53μm。

本发明一种原位热处理提高3D打印镍基高温合金力学性能的方法，包括以下步骤：

(1)激光3D打印前准备