[发明专利]用3D打印技术制备纳米结构氧化物弥散强化钢工件的方法

摘要

本发明提供一种用3D打印技术制备纳米结构ODS钢工件的方法，通过在基材中添加Zr、使用低温保护气体和适当的工艺参数组合，用3D打印技术继之以简单的后续热处理，制备出具有纳米结构ODS钢特征性微观结构的纳米结构ODS钢工件；其中纳米结构ODS钢包括纳米结构ODS马氏体钢、纳米结构ODS铁素体/马氏体双相钢和纳米结构ODS铁素体钢。该方法有效地解决了常规制备方法工艺复杂、效率低下、产品纯净度波动大、材料利用率低等缺点，不再需要复杂的后续热机械处理，为纳米结构ODS钢作为核燃料包壳材料的实用化提供新技术途径。制备所得纳米ODS钢具有超高密度、几个纳米尺度的Y‑M‑O型析出相并呈高度弥散分布，其力学性能特别是高温强度与韧、塑性均有所提高。

主权项

1.一种用3D打印技术制备纳米结构氧化物弥散强化钢工件的方法，其特征在于：通过在基材中添加质量分数为0.1‑1.0％的Zr、使用冷阱降低保护气体温度，用3D打印技术并经后续热处理，制备出具有纳米结构ODS钢特征性微观结构的纳米结构ODS钢工件；其中纳米结构ODS钢为纳米结构ODS马氏体钢、纳米结构ODS铁素体/马氏体双相钢或纳米结构ODS铁素体钢；纳米结构ODS钢特征性微观结构是指：钢中含有超高密度、尺寸为几个纳米的Y‑M‑O型氧化物，呈高度弥散分布；其中M＝Ti、Al、Zr，超高密度指密度≥1022/m3；进行3D打印时使用以下任意一种基材：①合金组成元素的纯金属粉的混合粉，其中Y金属粉的纯度≥99.0％、总稀土含量≥99.5％、粒径50～75μm；其它金属粉的纯度≥99.0％、粒径≤150μm；②按设计成分制备母合金并经雾化制备的雾化合金粉，雾化粉粒径≤150μm；3D打印的激光功率1.5～4.0kW，光斑直径400～700μm，扫描速度150～500mm/min，激光熔覆的单层厚度≤300μm；基材粉体的输运和激光熔池的防氧化均采用高纯Ar气；送粉气体流量1～2升/min；保护气体束直径5mm，以激光束为中心随激光束移动，流量1～5升/min；输送保护气体的管路以螺旋状通过填充有干冰的冷阱，保护气体在到达位于激光光斑附近的出口位置时其温度接近‑78℃；对3D打印制成的工件进行后续热处理，热处理温度T＝T0+50℃，其中T0与钢的成分有关，是纳米氧化物从过饱和固溶体合金中开始明显析出的温度，可以通过试验确定；热处理的保温时间t与成分有关，是相应成分的过饱和固溶体合金在温度T形成最大密度纳米析出相所需的时间，可以通过试验确定；然后根据成分和预定的合金晶体结构类型选择后续热处理的冷却方式，即得到相应晶体结构的纳米结构ODS钢，所述冷却方式为空冷或水冷。