[發(fā)明專利]一種抑制激光增材制造合金鋼內(nèi)部孔洞形成的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710706794.7
• 申請(qǐng)日: 2017-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN109402624A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董志宏;亢紅偉;遲長(zhǎng)泰;謝玉江;彭曉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): C23C24/10
• 分類號(hào): C23C24/10;B22F3/105
• 代理公司: 沈陽(yáng)優(yōu)普達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明屬于金屬激光增材制造領(lǐng)域，具體為一種抑制激光增材制造合金鋼內(nèi)部孔洞形成的方法，適用于抑制各種激光增材制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)合金鋼構(gòu)件孔洞缺陷的形成。本發(fā)明通過降低合金鋼粉末中氧含量的方法來實(shí)現(xiàn)，采用粉末還原爐對(duì)合金鋼粉末進(jìn)行脫氧處理，然后在真空手套箱中用同步送粉方法進(jìn)行激光沉積，沉積過程中用一定流量的氬氣保護(hù)激光沉積作用區(qū)。該方法可有效減少激光增材制造合金鋼內(nèi)部的氣孔和夾雜物孔洞，提高激光增材制造合金鋼的致密度和力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬激光增材制造領(lǐng)域，具體為一種抑制激光增材制造合金鋼內(nèi)部孔洞形成的方法，適用于抑制各種激光增材制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)合金鋼構(gòu)件孔洞缺陷的形成。

背景技術(shù)

低碳合金鋼具有較好的強(qiáng)韌性能匹配，廣泛應(yīng)用于制造界面尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)器零件。目前，國(guó)內(nèi)核電領(lǐng)域的應(yīng)急柴油機(jī)凸輪軸以及高速列車制動(dòng)盤等大型零部件均采用低碳合金鋼。但是，這些零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、處理工藝繁瑣，目前其制造和維修均依賴國(guó)外技術(shù)。

激光增材制造(Laser Additive Manufacturing,LAM)是以激光為能量源，通過逐層熔化材料粉末或線材直接制造出零件的一種新興的材料快速成形技術(shù)，可對(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行精確成形和高性能成形。在航空航天、軍工、醫(yī)療等領(lǐng)域，某些LAM鈦合金、不銹鋼等零件已實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。但對(duì)于合金鋼材料，LAM成形零件內(nèi)部常出現(xiàn)孔洞、裂紋、夾雜等缺陷，影響零件性能，這與成形設(shè)備、激光工藝及原材料特性等均有關(guān)系。粉末作為L(zhǎng)AM成形的重要原材料之一，其形態(tài)、表面狀態(tài)、成分等物理化學(xué)特性的影響在眾多因素中占有重要位置。研究材料粉末對(duì)合金鋼零件激光成形性的影響，對(duì)于提高LAM合金鋼性能、擴(kuò)展LAM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容：

為了解決LAM成形合金鋼零件內(nèi)部易出現(xiàn)孔洞等缺陷的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種抑制激光增材制造合金鋼內(nèi)部孔洞形成的方法，通過調(diào)整合金鋼粉末中的氧含量抑制孔洞的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)LAM合金鋼的致密化和性能提高。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種抑制激光增材制造合金鋼內(nèi)部孔洞形成的方法，具體工藝步驟如下：

將合金鋼粉末在粉末還原爐中進(jìn)行脫氧處理，還原溫度為300～600℃；選擇基體，在真空手套箱環(huán)境中，采用同步送粉沉積方式，選擇一種光斑的光束在基體上進(jìn)行激光沉積處理，同時(shí)用氬氣覆蓋激光作用區(qū)，減少激光作用區(qū)夾雜物的形成并提高凝固速率。

所述的合金鋼粉末，粒度為100～250目，球形度≥90％。

所述的脫氧處理氣氛為常壓下的體積濃度99.99％Ar和體積濃度99.99％H₂混合氣氛，H₂含量5～30vol.％。

所述的脫氧處理時(shí)間為0.5～4h。

所述的基體是與合金鋼具有較好的潤(rùn)濕性和良好焊接性能的鋼板。

所述的真空手套箱環(huán)境，H₂O≤50ppm、O₂≤50ppm。

所述的激光沉積的工藝參數(shù)如下：

激光連續(xù)輻照，激光功率為500～2000W，功率密度10⁴～10⁶W/cm²，掃描速度為4～16mm/s，搭接量為30％～70％，輻照光斑Φ2mm～Φ5mm；

送粉方式為同軸氬氣送粉，送粉速度為5～20g/min，采用惰性氣體氬氣保護(hù)，保護(hù)氣流量為10～20L/min。

所述的激光器是光纖激光器、半導(dǎo)體激光器或CO₂激光器。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：