[发明专利]一种增材制造制备镍基合金单晶的方法

说明书

本发明公开了一种增材制造制备镍基合金单晶的方法，该方法采用电子束、电弧或激光熔丝增材制造技术，其步骤包括：建立镍基合金单晶的三维实体模型；对三维实体模型进行3D模型分层，规划每层的沉积路径，将模型文件导入到设备控制系统中；选取所需晶体取向的镍基合金籽晶，预先焊接在镍基合金或钢基板上；在工作室中固定镍基合金或钢基板，清理镍基合金籽晶表面后做预热处理；设置镍基合金增材制造的工艺参数；启动电子束、电弧或激光熔丝增材制造设备，按照第一层沉积路径进行打印；完成一个层面的打印后，基板下降一个层高；逐步进行到所有的层数打印完毕。本发明能够缩短镍基合金单晶的制造周期，具有成本低、成形缺陷较少等优点。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种增材制造制备镍基合金单晶的方法。

背景技术

在航空发动机热端部件中，涡轮叶片承受发动机起动、停车循环的高温燃气冲刷、温度交变，要求材料在高温下具有一定蠕变强度、热机械疲劳强度、抗硫化介质腐蚀等。除了高温条件,热端叶片的工作环境还处在高压、高负荷、高震动、高腐蚀的极端状态，多晶镍基合金由于晶界的存在，容易在这种恶劣工作环境中发生晶界腐蚀，导致叶片裂纹甚至断烈，造成不可想象的危害。镍基单晶高温合金因具有很多优良的性能，已经成为目前制造先进航空发动机涡轮叶片的主要材料。

传统制备镍基合金单晶的方法是铸造法。但是使用铸造法制备单晶镍基合金时，熔融的镍基合金会与铸造模具发生反应，在生产的单晶镍基合金中产生杂晶和雀斑，大大降低单晶镍基合金的性能。此外，目前单晶镍基合金的增材制造技术主要采用激光熔融沉积技术，但是需要预先制备镍镍基合金粉末，极大增加了制造成本，降低了制造效率。因此，需要寻找一种更合适的制造方法制备镍基合金单晶。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种具有成本低、制造效率高、成形缺陷较少的增材制造制备镍基合金单晶的方法。

一种增材制造制备镍基合金单晶的方法，其包括：

S1、建立镍基合金单晶的三维实体模型；

S2、对所述三维实体模型进行3D模型分层，规划每层的沉积路径，并将模型文件导入到设备控制系统中；

S3、选取所需晶体取向的镍基合金籽晶，预先焊接在所述镍基合金或钢基板上；

S4、在工作室中固定镍基合金或钢基板，清理镍基合金籽晶表面后做预热处理；

S5、设置所述镍基合金增材制造的工艺参数；

S6、启动电子束、电弧或激光熔丝增材制造设备，按照第一层沉积路径进行打印；

S7、完成一个层面的打印后，镍基合金或钢基板下降一个层高；

S8、重复执行步骤S7，直至所有的层数打印完毕，即可获得镍基合金单晶。

在其中一个实施例中，所述步骤S8之后还包括步骤：

S9、将所述镍基合金单晶冷却至100℃以下后,将其取出；

S10、将整个镍基合金单晶沿堆积方向的对称面切割，通过金相或电子背散射衍射进行检测，如果没有出现晶界，则镍基合金单晶制造成功。

在所述步骤S3中，所述镍基合金或钢基板的预热处理包括：对镍基合金籽晶区域进行电子束、电弧或激光扫描。

在其中一个实施例中，所述步骤S5中所述镍基合金增材制造的工艺参数包括电子束、电弧或激光功率、送丝速率、运动速率和打印层厚。

上述增材制造制备镍基合金单晶的方法，用建模软件直接创建零件，使用电子束、电弧或激光熔丝技术进行沉积，其可以克服大部分铸造法中存在的问题，可以有效抑制成型后的杂晶的出现。同时，本发明还具有成本低、制造效率高、能量利用率高、工艺设计简单、参数易于控制，成形缺陷较少、适合于大尺寸零部件成形等优点。