[发明专利]一种提升增材制造Inconel 718抗高温氧化性能的方法

说明书

本发明公开了一种提升增材制造Inconel718抗高温氧化性能的方法，包括以下步骤：步骤1：利用准连续激光制备高致密冶金结合细小等轴枝晶组织；步骤2：探寻均匀化热处理微观组织遗传演变规律；步骤3：阐明准连续激光增材制造热处理响应增强机制；步骤4：分析多工艺调控态试样局部氧化特性和抗高温氧化性能；步骤5：开发增材制造镍基合金枝晶结构调控方法。本发明通过准连续激光制造过程调控降低沉积态枝晶结构成分和结构非均匀性，提高沉积态热处理响应速度，进而通过热处理进一步消减枝晶结构，同时避免晶粒再结晶、碳化物析出，从而提升增材制造Inconel718抗高温氧化性能。

技术领域

本发明涉及激光增材制造技术领域，尤其涉及一种提升增材制造Inconel 718抗高温氧化性能的方法。

背景技术

航空发动机是保证国家安全、彰显强国地位的国之重器，也是现代工业最先进材料、最尖端技术的极大成者。以Inconel 718为代表的高温合金因其出色的力学性能、抗高温氧化腐蚀性能，成为航空发动机首选材料，占航空发动机总重超30％，且主要应用于涡轮盘、叶片等热端部件。然而，高温合金工艺塑性低、导热性差，传统塑性成形+机械加工的制造方法存在工艺繁杂、材料利用率低等缺陷，成为航空发动机制造的难点问题。激光增材制造技术，是利用激光将材料粉末熔化并逐层堆积成形的一项先进制造技术，在缩短工艺流程、节约制造成本方面具有突出优势。将激光增材制造技术应用于航空发动机高温合金部件直接制造，将加速推进航空工业制造技术变革性发展。高温合金热端部件服役于高温高压极端环境，对材料抗高温氧化性能提出了严苛要求，高温高压极端工况下，抗高温氧化性能不足将降低部件热稳定性和抗疲劳失效能力，威胁航空发动机服役寿命和安全。因此，良好的抗高温氧化性能是激光增材制造Inconel718应用于航空发动机的重要保障。

Inconel 718的抗高温氧化基本原理主要来自于18-20％Cr元素选择性氧化形成防护性Cr₂O₃氧化皮，从而阻碍基体被进一步氧化，Cr₂O₃氧化皮的结构和防护作用与Cr元素含量、扩散速率等因素密切相关。另一方面，Nb元素可通过在氧化皮与基体界面形成富Nb层影响抗氧化性能，连续的富Nb层将阻碍氧和合金元素对流扩散，从而提高抗氧化性能，Ti元素主要影响Cr₂O₃的形核，也可形成内氧化物，Al元素则主要Al₂O₃内氧化物。由此可见，Inconel718抗高温氧化性能主要取决于Cr元素，其他合金元素Nb、Ti、Al也发挥重要作用。材料的成分、结构将影响增材制造Inconel718抗高温氧化性能。

增材制造快速非平衡凝固形成枝晶结构，主要特征包括元素偏析和枝晶间第二相，具体到增材制造Inconel718，元素偏析导致枝晶间Cr元素贫化和Nb元素富集，Nb元素富集更导致形成Laves相、NbC碳化物等第二相。枝晶结构诱导枝晶间优先氧化，增材制造Inconel718抗高温氧化性能显著低于锻件，无法满足航空发动机服役要求。高温高压极端工况下，抗高温氧化性能不足将降低部件热稳定性和抗疲劳失效能力，威胁航空发动机服役寿命和安全，成为制约增材制造Inconel718在航空发动机应用的关键瓶颈问题。

一部分学者试图通过热处理消除枝晶结构提升抗高温氧化性能，但面临如下挑战，Inconel718的高温热处理制度包括980℃固溶处理以及1100℃左右的均匀化处理。980℃主要针对传统锻件开发，无法有效消除元素偏析，溶解Laves相，而根据传统铸件组织开发的均匀化处理虽然可有效消除元素偏析，溶解Laves相，但同时带来晶粒再结晶粗化、碳化物析出等问题，调控态抗高温氧化性能依然低于锻件，且将造成力学性能同步劣化，迫切需要开发新的枝晶结构消减方法。

发明内容

1.要解决的技术问题

本发明的目的是为了解决现有技术中晶粒再结晶粗化、碳化物析出以及调控态抗高温氧化性能依然低于锻件的问题，而提出的一种提升增材制造Inconel718抗高温氧化性能的方法。