[发明专利]一种降低激光增材制造镍基高温合金中脆性Laves相及改善强塑性的方法

说明书

本发明公开了一种降低激光增材制造镍基高温合金中脆性Laves相及改善强塑性的方法，包括：S1、将纳米碳粉与镍基高温合金粉末进行湿混后，烘干，冷却；S2、开始激光增材制造成形试验并得到激光增材制造成形的工艺参数；S3、进行激光增材成形试验，获得无缺陷高致密度的沉积态试样，对沉积态试样进行微观组织分析和力学性能测试。本发明通过在镍基高温合金粉末中引入少量碳元素并调控激光增材成形制造的工艺参数，使得碳元素在镍基高温合金中发挥降低脆性Laves相含量的作用，有效避免沉积态试样中枝晶间呈链状分布的脆性Laves相的形成，降低脆性Laves相的含量，同时控制小尺寸碳化物弥散分布，从而起到改善激光增材制造镍基高温合金的室温力学性能的作用。

技术领域

本发明涉及镍基高温合金制备及激光增材制造的技术领域，特别涉及一种降低激光增材制造镍基高温合金中脆性Laves相及改善强塑性的方法。

背景技术

镍基高温合金因其具有良好的高温力学性能和优异的抗氧化耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天发动机以及燃气轮机等热端部件。目前30%-45%的航空发动机和燃气轮机的热端部件是高温合金通过锻造、机加减材成形的，造成高温合金的极大浪费。此外，高温合金普遍存在不易变形、加工难等特点，使得复杂结构高温合金零部件加工变得更加困难，在零件实际设计和制造生产过程中不得不考虑现有的加工工艺限制而牺牲部分结构的功能性和轻量化特性，严重制约了航空发动机和燃气轮机技术的创新发展。激光增材制造技术以其所具有的自由实体数字化制造特征，以及无模具、短周期、高性能复杂构件一体化成形等优势，逐渐在航空航天、动力能源等领域复杂构件的制造中展现出广阔的应用前景。

然而，受高温合金成分和激光增材制造工艺特征的影响，凝固过程中合金元素的显微偏析会导致枝晶间形成连续分布的链状脆性相，如Laves相等。脆性相的存在会严重降低合金的力学性能，一方面会消耗大量固溶强化和沉淀强化元素，降低强化效果；另一方面，在受力过程中脆性相会成为裂纹萌生源和扩展通道，降低合金的韧性。因此有必要通过合适的工艺减少激光增材制造镍基高温合金中连续分布的脆性相来改善合金的力学性能。采用高温固溶的热处理可以让脆性相充分回溶，从而提高合金的韧性，但是该种处理过程会发生再结晶降低位错密度，导致合金的屈服强度显著下降，不利于合金综合力学性能的提高。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术激光增材制造镍基高温合金沉积态试样中枝晶间存在呈连续链状分布的脆性相会导致合金力学性能降低，以及通过后续高温固溶处理会严重降低合金屈服强度从而影响合金的强韧化效果等技术问题，提出了一种降低激光增材制造镍基高温合金中脆性Laves相及改善强塑性的方法。

本发明的第一方面，提出了一种降低激光增材制造镍基高温合金中脆性Laves相及改善强塑性的方法，包括以下步骤：

S1、将纳米碳粉与镍基高温合金粉末按质量比例在无水乙醇中进行湿混后，烘干，冷却，得到含碳镍基高温合金粉末；

S2、将含碳镍基高温合金粉末放入送粉器中，激光增材制造成形仓内充入氩气作为惰性保护气体，待成形仓内氧含量降至50ppm后开始激光增材制造成形试验并得到激光增材制造成形的工艺参数；

S3、将步骤S1中得到的含碳镍基高温合金粉末按步骤S2中激光增材制造成形的工艺参数进行激光增材成形试验，获得无缺陷高致密度的沉积态试样，对沉积态试样进行微观组织分析和力学性能测试，明确碳元素的引入对脆性Laves相体积分数及分布特征及改善合金强塑性的影响规律。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述纳米碳粉与镍基高温合金粉末的质量复配比为（0.5-4）：（996-999.5），优选为（1-2）：（998-999）。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述纳米碳粉选自粒径为40-60nm的石墨粉；所述镍基高温合金粉末选自固溶强化型镍基高温合金或者沉淀强化型镍基高温合金；所述镍基高温合金粉末在同轴送粉式定向能量沉积工艺所用的粒径为50-150 µm，在选区激光熔化工艺所用的粒径为15-53µm。