[发明专利]一种减少热裂的沉淀强化镍基高温合金激光粉床熔融成形方法

说明书

本发明提供一种减少热裂的沉淀强化镍基高温合金激光粉床熔融成形方法，所述方法通过将稀土元素氧化物颗粒和沉淀强化镍基高温合金粉末混合后再进行激光粉床熔融成形，稀土元素氧化物颗粒与沉淀强化镍基高温合金粉末在连续激光作用下相互作用，从而达到了能够富集原始沉淀强化镍基高温合金粉末中的有害元素，减少了有害元素沿晶界的偏析，因此熔体在凝固的最后阶段液膜的形成受到相应的阻碍，大大减少了热裂纹的出现。

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，尤其涉及一种减少热裂的沉淀强化镍基高温合金激光粉床熔融成形的方法。

背景技术

激光粉床熔融成形方法是近年来金属3D打印领域做常用也发展最迅速的技术，受到了工业界和学术界的广泛关注。在成形过程中，计算机系统控制激光高能束流选择性地熔化金属粉末，通过逐层堆积的方法实现复杂零部件的快速成形，具有节约材料，尺寸精度高等优点，目前已满足了部分金属结构材料(如镍基镍基高温合金，铝合金，钛合金，不锈钢等)的成形要求。

但是，在广泛应用在航空航天、汽车，能源工业等领域并且工作温度较高的沉淀强化镍基高温合金零件方面，却存在很大技术困难。沉淀镍基高温合金为了提升高温力学性能以及长时间的稳定性，主要采用γ’相沉淀强化，也就要求其化学成分中铝+钛元素含量较高，这直接导致了该类合金热裂敏感性高，很难运用在焊接及其他激光增材制造过程中。在激光粉床熔融成形过程中产生的高温(3000℃以上)以及较快的冷却速率(107K/s量级)，从而产生极大的残余应力，在晶界偏析的不利影响下，使得沉淀强化镍基镍基高温合金在此过程中产生开略，严重影响该合金的致密度和力学性能。

目前有人通过添加剂细化晶粒的方法，解决了钛合金(参见“Additivemanufacturing of ultrafine-grained high-strength titanium alloys”，Duyao Zhang等，Nature，第576卷，第91-95页)和高强铝合金(参见“3D printing of high-strengthaluminium alloys”，John H.Martin等，Nature，第549卷，第365-369页)在激光粉床熔融成形过程中的开裂问题。该类方法大幅度将打印组织中的柱状晶转变为等轴晶，极大地改善了液相的补缩，从而解决了裂纹。然而，对于长期在高温下服役且保持组织稳定的沉淀强化镍基镍基高温合金来讲，大部分的常用细化剂无法对其组织进行细化，所以不适用于解决其在激光粉床熔融成形产生热裂的问题。

尽管国内外已开展了一些通过优化工艺改善激光粉床熔融成形方法铸造镍基高温合金热裂的研究工作并取得一定成果(参见“Selective laser melting of the hard-to-weld IN738LC superalloy:Efforts to mitigate defects and the resultantmicrostructural and mechanical properties”，H.Wang等，Journal of Alloys andCompounds，第807卷)，但对于不同粉末供应商的同种合金粉末或同一供应商的不同批次的合金粉末原材料以及不同3D打印设备组合，都需要重新摸索适宜的工艺参数，时间成本较高。此外，对于合金元素铝与钛含量较高的沉淀强化镍基高温合金来说，激光粉床熔融成形的工艺窗口极小，仍无法保证工艺稳定。

因此，亟需开发一种针对沉淀强化镍基高温合金的激光粉床熔融成形方法，从而解决沉淀强化镍基高温合金的热裂问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种减少热裂的沉淀强化镍基高温合金激光粉床熔融成形的方法，通过稀土元素氧化物颗粒与沉淀强化镍基高温合金粉末在连续激光作用下相互作用，从而能够富集沉淀强化镍基高温合金粉末中的有害元素，减少了有害元素沿晶界的偏析，大大减少了热裂纹的出现。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种减少热裂的沉淀强化镍基高温合金激光粉床熔融成形的方法，所述方法包括如下步骤：