[发明专利]一种高比重钨镍铁合金及其激光增材制备方法

说明书

本发明提供一种高比重钨镍铁合金及其激光增材制备方法，具体如下：向粒径范围为5‑15μm的钨粉体中加入粒径范围为5‑25μm的Fe‑Ni合金粉体及粒径范围为5‑25μm的镍粉体及亚微米镍粉；粒径范围为5‑25μm的镍粉体质量分数大于亚微米镍粉的质量分数，根据钨、镍和铁质量比90:7:3调整Fe‑Ni合金粉体、粒径范围为5‑25μm的镍粉体及亚微米镍粉比例，混合均匀得到混合粉末，粉末混合期间，保持混料器内为氩气氛围；基于所述混合粉末采用激光粉末床熔融增材制造成形工艺进行制备成形得到高比重钨镍铁合金所述制备方法能够实现高比重钨镍铁复杂结构件的一体化直接制造，构件的致密度近100％致密，解决现有钨镍铁材料加工技术中存在的工序繁琐、长周期、难以实现复杂结构件一体化直接制造的问题。

技术领域

本发明属于金属增材制造领域，具体涉及一种高比重钨镍铁合金及其激光增材制备方法。

背景技术

高比重钨镍铁材料是一种以钨为基体(钨含量为85％～98％)，添加部分镍、铁元素组成的合金，具有高密度、高强度、高硬度、良好的导热性、低的热膨胀系数、出色的抗腐蚀性和抗氧化性、优异的机械加工性能及综合力学性能等一系列物理和力学性能，广泛应用于国防军事与民用工业等领域，尤其是作为动能穿甲弹，不仅具有良好的穿甲威力，而且相比于贫铀穿甲弹而言，其还具有无毒性、无放射性污染等优点，已成为当今世界军事装备的一种重要武器，同时也是穿甲弹今后发展的主要方向。

传统上，高比重钨镍铁合金结构件的加工需要经过粉末混合、压制烧结成形及后处理等过程，这些加工流程往往较为繁琐，存在变形坍塌、周期长的问题，同时难以实现钨材料复杂结构件的加工；粉末注射成形尽管可以实现钨材料复杂结构件的成形，但是仍然需要经历原始粉末预处理、混料、脱脂和烧结等一系列复杂工艺流程。

CN102787249A公开了一种高密度钨镍铁的烧结工艺，其流程包括：备料、选粉、配粉、装模、冷等静压压制成型及烧结等，整个烧结过程中涉及预烧结、固相烧结及液相烧结三个阶段，最终得到了没有变形、内部化学成分及显微组织均匀、相对密度≥99％，内部无裂纹、气泡及大结晶、机械加工性能优良的钨镍铁合金材料。该烧结工艺设计一系列的准备及烧结步骤，过程较为繁琐且难以控制。

CN106148745A公开一种钨镍铁合金区域烧结方法，该方法包括将钨粉、镍粉及铁粉按预定比例与预定量的粘结剂进行均匀混合、油压压制成型、预烧结生坯、液相烧结得到棒材等步骤，预烧结温度介于1000～1400℃，预烧结时间介于0.5h～3h。液相烧结的烧结温度介于1470～1540℃，液相烧结时间介于15min～90min。该方法需要使用粘结剂，同时还存在多个繁琐的工艺流程且仅能得到钨镍铁棒材。

激光增材制造技术是增材制造(3D打印)的一种，其基于结构件CAD数据，利用高能激光束直接熔化金属粉末，基于逐层累加堆积原理实现三维实体结构的制造，具有高精度、表面质量好、可直接制造高复杂度结构件的特点。迄今为止，激光粉末床熔融技术已经在铁基合金、铝基合金、钛基合金和镍基合金等材料上得到了广泛研究，制备的材料表现出了优异的力学性能，具有极大的应用潜力。

发明内容

为了解决现有钨镍铁材料加工技术中存在的工序繁琐、长周期、难以实现复杂结构件一体化直接制造的问题，本发明提供一种采用激光增材制造技术实现高比重钨镍铁合金复杂结构件一体化直接制造的方法，减少高比重钨镍铁材料的浪费和降低结构件加工制造周期，推动高比重钨镍铁合金在各个领域的进一步应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：向粒径范围为5-15μm的钨粉体中加入粒径范围为5-25μm的Fe-Ni合金粉体、粒径范围为5-25μm的镍粉体及亚微米镍粉；

其中，钨粉体质量分数为90％，粒径范围为5-25μm的镍粉体质量分数大于亚微米镍粉的质量分数，根据钨、镍和铁质量比90:7:3调整Fe-Ni合金粉体、粒径范围为5-25μm的镍粉体及亚微米镍粉的比例，并混合均匀得到混合粉末；

在整个粉末混合期间，始终保持混料器内为氩气氛围；