[发明专利]一种钽铌合金部件及其制备方法

说明书

本发明针对钽铌合金部件的制备难题，通过成分设计、粉末制备工艺、打印工艺优化，制备出了导热性能、综合性能优良钽铌合金部件。通过金属激光增材制造设备，利用自主研发的增材制造工艺，制备的管形样件，样件致密度高，通过特定的高温导热测试，实现在1500℃工作条件下，导热功率≥7kW。

技术领域

本发明涉及钽铌合金领域，更具体的涉及一种钽铌合金部件及其制备方法。

技术背景

增材制造技术是快速成形技术的一种，它是一种以三维模型为基础，运用金属粉末或者塑料等材料，通过逐层扫描，层层堆垛的方式来构造出立体三维零件的技术。该技术结合了CAD/CAM、光学、数控及材料科学等各类学科，应用领域非常广泛，在珠宝、医疗、鞋类、工业设计、建筑、航空航天、汽车、教育等都有应用前景，常用的金属增材制造设备主要热源分为激光和电子束。

在材料科学日益发展的现代，对高端金属材料提出了更高的要求，如超高速飞行器、核工业热导零件、高温发动机以及燃气轮机等，为提高工作效率、增加稳定性需要提高工作温度。而钴基、镍基等传统的耐高温合金几乎已达到其性能的极限，难以满足更高温度下的使用需求。而难熔金属及其合金因其具有强度大、熔点高、耐高温氧化等的特点，尤其在1500℃以上的高温环境中仍保持较高的强度和腐蚀抗力等优异性能，使之成为最具潜力的新型高温环境用金属材料，在难熔金属材料当中，钽铌合金作为难度最高，性能最为均衡的材料，在各类高温导热器件中应用需求越来越大，然而在国内目前对此方面的研究还处于起步阶段。

难熔金属及其合金主要是指钨、钼、钽、铌及其合金材料，熔点在2000℃以上，较好的抗高温氧化性和抗高温腐蚀性，当前研究较多的难熔金属材料一般为钨、钼、钽、铌等单质以及钨合金材料。然而，由于难熔金属材料的高熔点以及高强度，导致在应用中不易被机械加工以及焊接拼合，所以，一直限制着难熔金属材料的实际应用，随着增材制造技术的发展与普及，通过增材制造技术可以实现复杂金属构件的成形加工，为钽铌合金的应用提供了全新的思路，而增材制造技术对原材料性能以及增材工艺参数要求较高。

由于钽金属是生物相容性较好的材料，常用于人工骨骼、牙齿等人工植入物制造，针对钽铌合金的研究，目前基本集中在医疗行业。专利CN108500281A主要是利用进口等离子球化制备粒径在25-180μm的钽、铌及钽铌合金球形粉末并用于3D打印制备医疗器械。在此方案中，使用的粉末主要是大粒径的球形粉末，用于电子束增材制造，粉末粒度较大，不能用于激光增材制造技术，电子束增材制造技术成形精度差，部分精细结构无法成形。

部分厂商采用容易制备的异形粉末进行球形粉末替代。专利CN105855566A 利用破碎、球磨和后期整形的方法，制备出多面体粉末，用于医疗植入物的增材制造。此技术方案在增材制造制备零件时，由于粉末呈多面体状，容易在成形件表面出现空洞、细微裂纹等缺陷，但医用植入物对成形件致密度要求不高，甚至多孔件更适宜细胞附着和生长，而在常规零件制备时，需要零件高致密度且表面平整，因此，该方法并不适用于常规金属激光增材制造。

如何制备导热性能优异、结构致密的钽铌合金部件一直是本领域的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明针对钽铌合金部件的制备难题，通过成分设计优化、粉末制备工艺优化、打印工艺优化，制备出了导热性能、综合性能优良钽铌合金部件。

本发明提供一种钽铌合金部件的制备方法，包含如下步骤：

步骤1、选用包含质量百分含量为40％-80％的Ta和质量百分含量为20％-60％的Nb，粒径为15-53微米，球形度≥90％的钽铌合金粉末；

步骤2、使用激光增材制造的方法制备钽铌合金部件。

根据本发明提供的钽铌合金部件的制备方法，所述激光增材制造使用激光粉末床设备进行部件成形。

根据本发明提供的钽铌合金部件的制备方法，所述激光增材制造优选使用导热性能较好的钛合金基板。