[發明專利]一種鎳基定向高溫合金激光定向增材方法

有效

• 申請號: 201710990772.8
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107774997B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 遲長泰;謝玉江;陳祖華;王明生;王德;陳新貴
• 申請（專利權）人: 江西瑞曼增材科技有限公司
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/32;B22F1/00;C22C1/04;C22C19/05;C22C19/07;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種鎳基定向高溫合金激光定向增材方法，其特征在于，采用高溫合金粉末，將粉末進行干燥處理，干燥結束后，冷卻至室溫；打磨定向鎳基高溫合金的沉積平面至光亮平整，利用酒精和丙酮將平面進行清洗，經干燥處理后固定于激光沉積平臺；在真空手套箱環境中，采取同步送粉的沉積方式，選擇一種光斑的光束在高溫合金基體上進行激光增材處理，沉積過程中用保護氣體覆蓋激光沉積作用區，減少激光作用區的夾雜物產生并提高凝固速率；同時，采用液氮連續冷卻的方法進行沉積平臺冷卻，提高沉積過程的溫度梯度，有效控制沉積層枝晶組織的快速定向生長，該方法的工藝步驟如下：

1）高溫合金粉末粒度在100～250目，球形度≥95%，氧含量≤300PPM，采用的合金粉末是Ni-Cr-Mo粉末，名義成分為Ni-19Cr-5Mo-4Nb-Ti：按重量百分比計，Cr 19%，Mo 5%，Nb4%，Ti 1%，Ni 余；

2）粉末干燥處理：溫度120℃×1.5h；

3）沉積基體：DZ125鎳基高溫合金；

4）基體打磨高溫合金的沉積平面至光亮平整，利用酒精和丙酮將平面清洗處理后干燥；

5）激光沉積真空手套箱環境：H₂O、O₂≤50PPM；

6）激光沉積的工藝參數：激光連續輻照，激光功率為600W，功率密度10⁵W/cm²，掃描速度為6mm/s，搭接量為50%，輻照光斑Φ2mm；激光同軸氬氣送粉，送粉速度8g/min，載氣流量3.5L/min，采用低溫高純氬氣保護，氬氣純度99.999%，氬氣流量為12L/min，氬氣溫度-70℃；

7）激光器：3000W的光纖耦合半導體激光器；

8）冷卻沉積平臺液氮的流速為3L/min，溫度梯度2700K/m，冷卻速度250K/s；

從激光沉積Ni-Cr-Mo粉末和基體界面組織結構看出，沉積組織與基體的界面區域熱影響區窄，且無裂紋缺陷；

從激光沉積Ni-Cr-Mo粉末沉積層微觀組織看出，沉積層的枝晶組織定向性良好，枝晶間間距均勻；

DZ125高溫合金基體激光沉積Ni-Cr-Mo粉末的焊接抗拉強度850 MPa，達到基體抗拉強度的84%以上。

2.一種鎳基定向高溫合金激光定向增材方法，其特征在于，采用高溫合金粉末，將粉末進行干燥處理，干燥結束后，冷卻至室溫；打磨定向鎳基高溫合金的沉積平面至光亮平整，利用酒精和丙酮將平面進行清洗，經干燥處理后固定于激光沉積平臺；在真空手套箱環境中，采取同步送粉的沉積方式，選擇一種光斑的光束在高溫合金基體上進行激光增材處理，沉積過程中用保護氣體覆蓋激光沉積作用區，減少激光作用區的夾雜物產生并提高凝固速率；同時，采用液氮連續冷卻的方法進行沉積平臺冷卻，提高沉積過程的溫度梯度，有效控制沉積層枝晶組織的快速定向生長，該方法的工藝步驟如下：

1）高溫合金粉末粒度在100～250目，球形度≥92%，氧含量≤300PPM，采用的合金粉末是Ni-Cr-Nb粉末，名義成分為Ni-18Cr-4Nb-2Mo-Ti：按重量百分比計，Cr 18%，Nb 4%，Mo2%，Ti 1%，Ni 余；

2）粉末干燥處理：溫度100℃×2h；

3）沉積基體：DZ125鎳基高溫合金；

4）基體打磨高溫合金的沉積平面至光亮平整，利用酒精和丙酮將平面清洗處理后干燥；

5）激光沉積真空手套箱環境：H₂O、O₂≤50PPM；

6）激光沉積的工藝參數：激光連續輻照，激光功率為800W，功率密度2×10⁵W/cm²，掃描速度為10mm/s，搭接量為40%，輻照光斑Φ3mm；激光同軸氬氣送粉，送粉速度10g/min，載氣流量4L/min，采用低溫高純氬氣保護，氬氣純度99.999%，氬氣流量為15L/min，氬氣溫度-76℃；

7）激光器：3000W的光纖耦合半導體激光器；

8）冷卻沉積平臺液氮的流速為4L/min，溫度梯度3400K/m，冷卻速度330K/s；

通過以上方法DZ125高溫合金激光沉積Ni-Cr-Nb粉末組織均勻致密，枝晶組織定向性良好；且沉積層與基材的交界區域無裂紋缺陷；同時，DZ125高溫合金基體激光沉積Ni-Cr-Nb粉末的焊接抗拉強度820 MPa，達到基體抗拉強度的81%以上。

3.一種鎳基定向高溫合金激光定向增材方法，其特征在于，采用高溫合金粉末，將粉末進行干燥處理，干燥結束后，冷卻至室溫；打磨定向鎳基高溫合金的沉積平面至光亮平整，利用酒精和丙酮將平面進行清洗，經干燥處理后固定于激光沉積平臺；在真空手套箱環境中，采取同步送粉的沉積方式，選擇一種光斑的光束在高溫合金基體上進行激光增材處理，沉積過程中用保護氣體覆蓋激光沉積作用區，減少激光作用區的夾雜物產生并提高凝固速率；同時，采用液氮連續冷卻的方法進行沉積平臺冷卻，提高沉積過程的溫度梯度，有效控制沉積層枝晶組織的快速定向生長，該方法的工藝步驟如下：

1）高溫合金粉末粒度在100～250目，球形度≥94%，氧含量≤300PPM，采用的合金粉末是Co-Cr-Ni粉末，名義成分為Co-25Cr-11Ni-8W：按重量百分比計，Cr 25%，Ni 11%，W 8%，Co余；

2）粉末干燥處理：溫度80℃×2h；

3）沉積基體：DZ125鎳基高溫合金；

4）基體打磨高溫合金的沉積平面至光亮平整，利用酒精和丙酮將平面清洗處理后干燥；

5）激光沉積真空手套箱環境：H₂O、O₂≤50PPM；

6）激光沉積的工藝參數：激光連續輻照，激光功率為700W，功率密度5×10⁵W/cm²，掃描速度為8mm/s，搭接量為45%，輻照光斑Φ4mm；激光同軸氬氣送粉，送粉速度12g/min，載氣流量4.5L/min，采用低溫高純氬氣保護，氬氣純度99.999%，氬氣流量為18L/min，氬氣溫度-82℃；

7）激光器：3000W的光纖耦合半導體激光器；

8）冷卻沉積平臺液氮的流速為5L/min，溫度梯度4400K/m，冷卻速度380K/s；

通過以上方法DZ125高溫合金激光沉積Co-Cr-Ni粉末組織均勻致密，枝晶定向性良好；且沉積層與基材的交界區域無孔洞裂紋缺陷；同時，DZ125高溫合金基體激光沉積Co-Cr-Ni粉末的焊接抗拉強度870 MPa，達到基體抗拉強度的86%以上。