[发明专利]一种制备复杂形状B2相强化铁基合金的零件方法

说明书

本发明属于先进金属材料制备研究领域，特别提供了一种制备复杂形状B2相强化铁基合金的零件方法。该方法的步骤如下：将铁基中间合金粉与羰基铁粉混合处理，得到高球形度的整形喂料颗粒；将得到高球形度的整形喂料颗粒进行低温打印，得到具有复杂形状的打印坯体；将得到具有复杂形状的打印坯体进行脱脂和烧结，获得具有复杂形状的B2相强化铁基合金零件。本发明的有益效果是：该方法不需要使用球形粉为原料，对粉末本身的流动性没有要求，大大节约制备成本。通过异质粉末配比和烧结过程中瞬时液相的设计，可以得到获得接近全致密的均匀细晶组织的产品。得到产品具有致密度高，B2相粒径细小、分布均匀和体积分数高等特征。

技术领域

本发明属于先进析出沉淀强化铁基合金制备研究领域，特别提供了一种制备复杂形状B2相强化铁基合金的零件方法。

背景技术

FeCrAl基合金具有低密度、低热膨胀系数、高热导率和较好的力学性能，因而在航空航天、汽车工业、能源动力和核工业领域有着广泛的应用。FeCrAl基合金中Cr含量的提升能够显著提高合金抗氧化性，目前已开发出9Cr-ODS、12Cr-ODS、高Cr(12-17Cr)ODS等一系列合金，但是Cr含量过高会导致富Cr的α′相析出和时效脆性。通过添加Al元素能够降低Cr元素用量和抑制α′相析出，同时在高温服役的过程中在表面形成氧化铝致密氧化膜，进一步提高合金的抗腐蚀性能。然而，由于缺乏有效的强化相，FeCrAl三元合金仍然有力学性能不足的问题，影响其在工业上的更广泛应用。因此，开发具有高体积分数析出相的FeCrAl基合金已成为国内外学术界和工业界争相突破的难题之一。

在铁基合金中，使用B2型析出相提升合金的力学性能具有独特优势。B2-NiAl相的点阵常数为0.2886nm，B2-CoAl相的点阵常数为0.2862nm，B2-FeAl相的点阵常数为0.2892nm，均与bcc-Fe基体的点阵常数(0.2866nm)非常相近，有形成共格界面的界面的潜力。故通过合适的合金元素设计和热处理工艺调整，可以形成具有大量B2型析出相强化的铁基合金，从而有效提升合金的力学性能。然而近期研究结果显示，B2相的引入虽然可以有效提升铁素体基合金的室温高温强度，但很难以避免脆性问题，而在合金中引入奥氏体是在不损失合金强度的前提下提升合金塑性的有效途径。

复杂形状的FeCrAl基合金产品的先进成形技术一直是国际研究热点。3D打印(增材制造)是当今材料近终成形技术最重要的发展领域，非常适合制备单件或小批量的较大尺寸零件。但目前3D打印技术主要以高能激光或电子束熔融(SLM)打印为主，工作温度高，打印效率低。特别是引入了B2强化相和奥氏体增韧相铁基合金中，由于B2相、铁素体和奥氏体密度差异较大，在SLM过程中反复循环热处理过程中发生的相变产生严重的相变应力，造成合金的变形甚至开裂，严重影响成品率。

发明内容

本发明公开了一种制备复杂形状B2相强化铁基合金的零件方法，以解决现有技术的上述技术问题以及其他潜在问题中的任意问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种制备复杂形状B2相强化铁基合金的零件方法：首先将铁基中间合金粉和羰基铁粉末均匀混合，然后混合粉末与少量粘结剂在一定温度下下进行表面处理，再把经过覆膜处理后的粉末整形处理为球形喂料颗粒，接着以球形喂料作为粉末床，采用低功率热源对粉层进行选区扫描，将粉末表面的粘结剂融合，逐层打印后得到三维实体。最后再脱脂、烧结步骤，制备得到的合金零件具有致密度高，B2相粒径细小、分布均匀和体积分数高等特征。