[发明专利]一种粗化沉淀强化镍基高温合金晶粒的激光粉床熔融成形方法

说明书

本发明提供一种粗化沉淀强化镍基高温合金晶粒的激光粉床熔融成形方法，所述方法通过在连续激光粉床熔融成形前，向沉淀强化镍基高温合金粉末中掺入稀土元素氧化物颗粒，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，从而达到了晶粒粗化的效果，通过粗化晶粒，减少高温下脆弱的晶界的数量，显著提高了沉淀强化镍基高温合金的高温力学性能。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种粗化沉淀强化镍基高温合金晶粒的激光粉床熔融成形方法。

背景技术

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(如镍基高温合金，铝合金，钛合金，不锈钢等)的成形要求。

在激光粉床熔融成形过程中产生的高温(2000℃以上)、微熔池(30-120μm)、超快速冷却凝固条件(凝固速率达5m/s)下，激光粉床熔融成形中的材料具有相对细化的晶粒组织。对于在常温下使用的金属结构材料，细化晶粒增加晶界可以强化材料的性能。

然而，对于服役温度在高温的高温合金而言，晶界反而成为材料强度的薄弱部分，因此，对于广泛应用在航空航天、能源工业等领域且能在更高温度工作的沉淀强化铸造高温合金复杂精密构件制造方面，运用此方法成形出来的部件，难以满足使用上的要求。

CN111500898A公开了一种镍基高温合金及其制造方法、部件和应用，具体为：镍基高温合金采用如下原料经3D打印制备得到；原料包括(质量百分比)：C小于等于0.3％，Co小于5％，W 13～15％，Cr 20～24％，Mo 1～3％，Al 0.2～0.5％，Ti小于0.1％，Fe小于3％，B小于0.015％，La 0.001～0.004％，Mn 0.01～0.2％，Si 0.02～0.2％，以及余量的Ni；组织中平均碳化物尺寸150～200nm，碳化物尺寸分布50nm～4μm，该合金表面及内部无裂纹，高温强度高，通过对镍基高温合金粉末组成的调整，不具有普遍适用性。

因此，需要开发一种具有普遍适用性的能够在高温服役的高温合金的制备方法。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种粗化沉淀强化镍基高温合金晶粒的激光粉床熔融成形方法，所述方法通过稀土元素氧化物颗粒和沉淀强化镍基高温合金粉末相互作用，能够实现晶粒粗化的效果，进一步显著提高了沉淀强化镍基高温合金的高温力学性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种粗化沉淀强化镍基高温合金晶粒的激光粉床熔融成形方法，所述方法包括：混合稀土元素氧化物颗粒和沉淀强化镍基高温合金粉末后，利用连续激光进行激光粉床熔融成形，得到成形件。

本发明使晶粒粗化的的目的在于提供一种耐高温的成形件制备方法，所述方法中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，其中，稀土元素氧化物颗粒与沉淀强化镍基高温合金粉末中的铝等元素，形成具有较低高温导热系数的阻热材料，从而能够降低快速凝固过程中的扩散系数，在基体中形成局部的热岛，降低了凝固熔体中的冷却速率，最终达到了使晶粒粗化的效果；所述晶粒粗化后能够减少高温下脆弱晶界的数量，提高成形件的高温环境下的力学性能。

本发明所述沉淀强化镍基高温合金是指由镍为主要基体元素且通过在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和/或由饱和固溶体脱溶出的微粒弥散分布于基体中而产生强化作用的合金。

所述高温是指≥600℃，例如可以是600℃、620℃、630℃、650℃、680℃、700℃、720℃、750℃或800℃等。

优选地，所述沉淀强化镍基高温合金粉末的粒度D50为20～35μm，例如可以是20μm、22μm、24μm、25μm、27μm、29μm、30μm、32μm、34μm或35μm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。