[發明專利]一種Cr3C2-CoCr復合材料構件的激光成形方法

在審

• 申請號: 201510895449.3
• 申請日: 2015-12-08
• 公開（公告）號: CN105478761A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 婁德元;劉頓;朱思雄;王君蘭;鄧波;關來慶;翟中生;胡勇濤
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F1/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 汪俊鋒

技術領域

本發明屬于激光成形領域，涉及一種Cr₃C₂-CoCr復合材料構件的激光成形方法。

背景技術

CoCr基合金及其復合材料高溫力學性能良好，耐磨性能、耐腐蝕和耐高溫氧化性能俱佳，廣泛應用于航空航天、冶金、能源等行業。Cr的碳化物類型主要有M₃C₂,M₃C,M₇C₃和M₂₃C₆等類型，熱力學穩定性較好的是Cr₃C₂、Cr₇C₃和Cr₂₃C₆，Cr₃C₂和Cr₇C₃常用做金屬基復合材料（MMC）的增強相。其中Cr₃C₂在高溫條件下依然能保持相當高的硬度，還具有很強的耐蝕性和耐磨性。

MMC的制備技術依據增強顆粒的加入方式的不同，可分為原位自生和強制加入兩種。外加Cr₃C₂顆粒的激光加工復合材料，會導致材料中Cr₃C₂分解，并重新生成Cr₇C₃等碳化物，成為Cr₃C₂復合材料激光加工的難點之一。原位自生技術借助合金設計，在基體金屬內原位反應成核，生成一種或幾種熱力學穩定的增強相，這種方法避免了外加增強體的分解、節約能源、資源并能夠減少排放，材料的增強體表面無污染，制品性能優良。但其工藝過程要求嚴格、較難掌握、且增強相的成分和體積分數不易控制。

激光成形工藝利用小體積累積成形的方法，可以在宏觀控制增強相的均勻分布，為送粉激光原位成形顆粒增強MMC提供可能。金屬粉與石墨粉的堆積密度相差較大，在激光成形過程中，容易因為粉體密度相差較大而造成分層，在成形部件中造成增強相的分布不均，而且會改變增強相的設計成分，大幅降低Cr₃C₂-CoCr復合材料部件的性能。因此本發明采用在線連續送粉激光原位復合成形的方法，制備Cr₃C₂-CoCr復合材料部件，使成形部件的增強相分布連續可控。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種增強相分布可控的Cr₃C₂-CoCr復合材料構件的激光成形方法。本發明方法從原位合成路線和激光成形工藝著手，使增強相在復合材料中均勻分布，實現性能優良的Cr₃C₂-CoCr復合材料部件的激光成形。

本發明方法主要包括以下步驟：

（1）原料配方與預處理

原料配方為：石墨4.21~5.69wt.%，Cr29.88~47.05wt.%，稀土氧化物0.54~0.96wt.%，Co余量；原料采用粉體形式，金屬粉和石墨粉的顆粒尺寸50~200微米；將金屬Cr粉和稀土氧化物粉末球磨0.5~5小時；

（2）送粉與混料

采用多料斗螺旋送粉混合系統送粉和及時混合，所述多料斗螺旋送粉混合系統由三個送粉器分別通過送粉管與一個共同的激光頭連接組成，將Cr和稀土氧化物的混合粉末放入第1個料斗中，Co粉置于第2料斗中，石墨粉置于第3個料斗中；3個送粉器同時送粉，并通過調整螺桿轉速控制粉體的比例；

（3）激光成形

激光成形的激光頭采用3管同軸不連續噴嘴，對熔池環抱送粉，使熔池各成分均勻分布；設計部件的數字圖形分層切片，并建立激光掃描路徑，在數控機床上進行激光成形；成形過程中，控制螺桿轉速，使得局部生成的增強相Cr₃C₂在構件中的比例成梯度連續變化，即構件外層為Cr₃C₂-CoCr復合材料，內層為金屬基體材料，并最終使用的原料符合步驟（1）的比例要求。