[发明专利]一种难熔钨钽合金复杂结构件及其增材制造成形方法

说明书

本发明一种难熔钨钽合金复杂结构件及其增材制造成形方法，所用的钨钽混合粉末中钨的质量分数为95％，钽的质量分数为5％，所述钨钽混合粉末将细钽粉颗粒吸附于钨颗粒表面，形成包覆混合粉体原材料；所述钨粉末颗粒粒径为5～25μm；所述细钽粉为亚微米级；采用钨钽混合粉末基于激光粉末床熔融增材制造得到难熔钨钽合金。本发明能够实现钨钽合金的原位合金化，钨与钽形成完全固溶体，其内部缺陷较少。同时，钨钽合金复杂结构件表现出良好的成形性，其尺寸精度±0.1mm，实现了一体化直接制造，克服传统熔炼和粉末烧结无法直接获得钨钽合金复杂结构件、致密度低等不足，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，特别涉及一种难熔钨钽合金复杂结构件及其增材制造成形方法。

背景技术

钨钽合金材料由于具有高密度、高熔点、高硬度、耐腐蚀、低热膨胀特性、良好的热导率等特性，在航空航天、军事工业、电子等工业和民用领域得到广泛的应用。同时，由于其可以抑制高能量氘等离子辐照下的表面气泡，降低氘离子辐照下的氢滞留，因此作为核反应堆中的核聚变材料具有重要的意义。

对于钨钽合金材料的制备和加工，由于熔点很高，因此现有的加工制造方法有限，通常为熔炼或粉末烧结方法。

CN113215462A公开了一种基于悬浮感应熔炼制备W-Ta单相固溶体材料，其钨钽材料组分分别为钽10～40wt.％，钨60～90wt.％，基本步骤包括按比例混合钨粉和钽粉，获得混合料，然后通过冷等静压进行获得钨钽预制块，再进行烧结获得预烧结坯，然后经悬浮感应熔炼获得W-Ta单相固溶体材料，其需要经过多个流程，难以获得复杂结构件。

CN102416475A公开了一种核用功能材料钨钽合金板的制备方法。该发明首先按照9.5:0.5的质量比将钨粉和钽粉放于行星球磨机中进行真空高能球磨，得到钨钽混合粉末，用冷等静压机压制成型得到钨钽合金板生坯，再经真空热压烧结炉烧结，随炉冷却得到钨钽合金板坯，最后将钨钽合金板坯表面磨光后切割至所需尺寸，得到核用功能材料钨钽合金板。该方法制备的钨钽合金板材仍需要后续机加工得到零件。

CN104789912A公开了一种药型罩钽5钨材料的制备方法，其首先三次热锻钽5钨铸锭，再进行退火处理后进行轧制得到药型罩材料。该方法仅仅是获得了药型罩所用的材料，要获得药型罩零件，仍需要进一步机械加工。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术在钨钽合金材料制备及结构件制造上的局限性，提供一种难熔钨钽合金复杂结构件的增材制造成形方法，该方法能够实现钨钽合金材料的直接制备和具有复杂结构特征构件的直接成形制造。制备得到的钨钽合金具有较少的内部缺陷和较高的精度，后续仅需少量的后处理流程即可。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种难熔钨钽合金复杂结构件的增材制造成形方法，所用的钨钽混合粉末中钨的质量分数为95％，钽的质量分数为5％，所述钨钽混合粉末将细钽粉颗粒吸附于钨颗粒表面，形成包覆混合粉体原材料；所述钨粉末颗粒粒径为5～25μm；所述细钽粉为亚微米级；采用钨钽混合粉末基于激光粉末床熔融增材制造得到难熔钨钽合金。

成形前对钨钽混合粉末进行真空干燥处理；所述的干燥温度为80℃～120℃，所述干燥处理时间不低于4小时。

成形过程中不锈钢基板始终为预热状态，不锈钢基板进行喷砂预处理，且预热温度为80～200℃。

所述成形过程始终处于高纯氩气范围内，所述成形过程中氧含量低于300ppm。

成形过程中进行激光预扫描对初始铺粉层的成形基板进行二次重熔处理。

成形过程中所采用的扫描方式为逐层旋转67°方式。

成形轮廓时激光功率为200W，轮廓扫描速度为600mm/s。