[发明专利]一种制备复杂形状镍基高温合金零件的方法

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镍基高温合金零件的方法，该方法将镍基预合金粉和镍硼粉末按一定比例均匀混合得到原料粉末；将得到的原料粉末与热塑性粘结剂混炼处理得到均匀的由“粘结剂+粉末颗粒”组成的喂料，经过破碎后得到形状不规则的喂料颗粒；再进行悬浮式整形，得到球形喂料颗粒，进行低温打印，得到具有复杂形状的打印坯体，最后经过脱脂和烧结后获得具有复杂形状镍基高温合金零件。本发明为具有复杂形状镍基高温合金的制备提供了新的思路，具有设计灵活、可以低成本制备单件或小中批量的较大尺寸零件的优点。

技术领域

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镍基高温合金零件的方法。

背景技术

镍基高温合金是目前军用和民用航空发动机以及燃气轮机高温零部件的关键结构材料。由于其具备良好的高温强度和抗氧化抗腐蚀性能、优异的抗疲劳和抗蠕变性能和组织稳定性，镍基高温合金在现在国防建设和国民经济发展中具有不可替代的作用。

一般镍基高温合金的使用温度超过600℃，且在服役期间需承受较大的复杂应力。为提升其高温力学性能，一般在合金中引入与γ基体共格的γ′相为主要强化相。γ′相与基体的晶体结构相同，晶格常数略有差别。经常可以与晶体形成共格或半共格界面，通过在基体中形成弹性应力场或与位错的直接交互作用来强化合金。

由于强度较高，镍基高温合金的加工成形较为困难。具有复杂形状的镍基高温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SLM过程中反复循环热处理过程中容易产生严重的相变应力，造成零件的变形甚至开裂，严重影响成品率。

发明内容

本发明旨在开发一种制备复杂形状镍基高温合金的零件方法，制备得到的合金零件具有致密度高，烧结变形小、尺寸精度高等特征。

本发明首先将镍基预合金粉和镍硼粉末均匀混合，然后原料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造粒处理，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、烧结步骤得到最终零件。

因此，本发明提供一种制备复杂形状镍基高温合金的零件方法，所述方法包括如下步骤：a、原料粉末混合：将镍基预合金粉和镍硼粉末按一定比例均匀混合得到原料粉末；b、宽粒度分布喂料颗粒的制备：将步骤a得到的原料粉末与热塑性粘结剂在160-180℃下捏合、混炼处理1-6小时后得到均匀的由“粘结剂+粉末颗粒”组成的喂料，经过破碎后得到形状不规则的喂料颗粒；c、喂料颗粒的整形：将步骤b得到的形状不规则的喂料颗粒进行悬浮式整形，利用一定粒度分布的喂料颗粒翻滚产生的较大的压力与摩擦力对喂料颗粒进行剪切、冲击和摩擦，得到球形喂料颗粒；d、造粒粉末的低温打印：将步骤c得到造粒粉末进行低温打印，得到具有复杂形状的打印坯体；e、复杂形状的打印坯体的脱脂和烧结：将步骤d得到的打印坯体经过脱脂和烧结后获得具有复杂形状镍基高温合金零件。

在一种具体的实施方式中，步骤a中，镍基合金粉中不含硼元素，其他元素含量与各种标准牌号的镍基高温合金含量相同，或者是根据实际工况设计的非标准合金，优选为：K418(国标)、K491(国标)、FGH96(国标)、FGH97(国标)、IN100(美国标准)、MERL76(美国标准)、René95(美国标准)、Udimet720(美国标准)、René88DT(美国标准)、René104(美国标准)、R1000(英国标准)。

在一种具体的实施方式中，步骤a中，镍基预合金粉的平均粒径为5-53μm，优选5-25μm。

在一种具体的实施方式中，步骤a中，将镍硼粉末和镍基预合金粉的质量比为1:(9-99)。