[發(fā)明專利]一種快速成形制備氧化物彌散強化合金的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310011857.9
• 申請日: 2013-01-13
• 公開（公告）號: CN103008657A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 章林;曲選輝;頡芳霞;劉燁;秦明禮;何新波
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高溫合金近終成形技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種以機械合金化粉末為原料，采用選擇性激光快速成形技術(shù)制備氧化物彌散強化（Oxide?Dispersion?Strengthening,?ODS）合金的方法。

背景技術(shù)

氧化物彌散強化合金是一類重要的高溫結(jié)構(gòu)材料，它一般是通過納米氧化物顆粒來賦予ODS合金優(yōu)異的高溫力學(xué)性能。常用的ODS合金包括鐵基ODS合金、鎳基ODS合金、鈷基ODS合金等，這些合金在能源領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力，例如：鐵基ODS合金不僅具有良好的高溫力學(xué)性能，還具有優(yōu)異的抗輻照損傷性能，是聚變反應(yīng)堆中的第一壁、包層和包殼管的候選材料。鎳基ODS合金或鈷基ODS合金由于具有優(yōu)異的高溫蠕變性能、疲勞性能和抗氧化性能，可用于制備燃氣渦輪發(fā)動機中的葉片。

ODS合金的傳統(tǒng)制備工藝是采用機械合金化、熱力學(xué)變形和熱處理相結(jié)合的工藝制備。首先，在高純惰性氣氛中進行高能球磨，將Y₂O₃顆粒均勻分散在金屬基體中，得到機械合金化粉末。其次，將機械合金化粉末用低碳鋼包套。然后采用熱等靜壓或熱擠壓工藝致密化，再結(jié)合熱軋制或冷軋技術(shù)得到最終的形狀。由于ODS合金的硬度高、很難采用傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝致密化。此外，ODS合金的塑性低、加工成形性和焊接性能差，很難通過傳統(tǒng)方法制備出形狀復(fù)雜的葉片或其它特定形狀的零部件，制備成本高，這嚴重制約了ODS合金的實際應(yīng)用。新型低成本ODS合金的開發(fā)及其先進成形技術(shù)的研究是拓展ODS合金應(yīng)用的關(guān)鍵。

選擇性激光熔化(Selective?Laser?Melting，SLM)快速成形技術(shù)是制備高性能復(fù)雜形狀ODS合金零部件的一種有效方法。SLM成形技術(shù)基于分層-疊加制造的思想，首先采用三維造型軟件設(shè)計出零件的CAD三維模型，再由切片軟件對其進行分層處理，所得的二維截面信息用于快速成形過程的控制。接著通過利用高能量激光束將金屬粉末逐層熔化并成形為金屬零件，具有制作形狀復(fù)雜、相對密度高、節(jié)省材料等優(yōu)點。SLM成形金屬零件無需工裝模具，與熱等靜壓或熱擠壓成形工藝相比具有獨特優(yōu)勢，能夠制造出傳統(tǒng)方法難以成形的復(fù)雜形狀金屬零部件。SLM快速成形技術(shù)為實現(xiàn)ODS合金的近終成形提供了一個很好的思路，具有快速、經(jīng)濟和不受零件的復(fù)雜程度限制的優(yōu)點，并且高的加熱和冷卻速率不會引起氧化物彌散相的過度粗化，制備出的零部件具有高致密度和優(yōu)異的性能，將促進ODS合金的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種激光快速成形制備ODS合金的方法，旨在解決成形復(fù)雜形狀ODS合金的難題，具有致密度高、綜合力學(xué)性能優(yōu)異、原料粉末利用率高等優(yōu)點。

本發(fā)明首先采用機械合金化工藝獲得氧化物彌散強化合金粉末，然后對機械合金化粉末進行選擇性激光快速成形得到所需形狀的坯體，然后采用熱等靜壓使其全致密，最后通過后續(xù)熱處理來優(yōu)化晶粒尺寸和析出相的形貌與粒徑，從而得到所需形狀的ODS合金零部件，制備工藝如圖1所示，具體工藝步驟有：

1、機械合金化粉末的制備：按照設(shè)計的ODS合金的成分配比進行稱量，原料為基體金屬粉末、合金元素粉末、Y₂O₃顆粒、氧化物細化元素，或者原料為基體金屬粉末、基體金屬氧化物粉末、氫化釔粉末、合金元素粉末、氧化物細化元素；將原料預(yù)混合均勻，然后在高純Ar氣氛中通過高能球磨將0.3~2.5wt.%Y₂O₃顆粒均勻分散在基體中，球/料比為（15~20）/1，球磨機的轉(zhuǎn)速為380~500轉(zhuǎn)/分，球磨時間為36~72小時，得到平均粒徑為20~85μm的ODS合金粉末。

所述的基體金屬粉末為鐵粉、鎳粉或鈷粉；所述的合金元素粉末為Cr、Ni、Mo、W、Al、Ti、Co；所述的氧化物細化元素為Ti或Hf；所述的基體金屬氧化物粉末為鐵、鎳或鈷的氧化物。

2、選擇性激光快速成形：首先，利用CAD軟件設(shè)計零件的三維實體模型，并采用切片處理軟件將所述的零件的CAD模型進行分層切片處理，使其離散化為一系列二維層面，并將二維層面信息傳送到SLM成形機的控制系統(tǒng)中。其次，SLM成形機的鋪粉系統(tǒng)在工作平臺上平鋪一層ODS合金粉末，切片厚度為0.1~0.3mm，粉床的預(yù)熱溫度為200~300℃。接著，根據(jù)切片信息，激光束以800~1500W的功率、5~50mm/s的掃描速度、0.10~0.25mm的掃描間距對機械合金化粉末進行選擇性激光熔化得到，從而得到所需復(fù)雜形狀的將激光快速成形坯體。