[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

本發明屬于金屬激光增材制造領域，具體為一種鎳基定向高溫合金激光定向增材方法，適用于復雜結構的定向高溫合金零件激光快速定向生長，解決由于磨損造成零件失效的問題。采用Ni?Cr?Mo、Ni?Cr?Nb和Co?Cr?Ni三種粉末，在真空手套箱中用同步送粉方法進行激光沉積，沉積過程中用保護氣體覆蓋激光沉積作用區，同時采用液氮連續冷卻的方法冷卻沉積平臺增大沉積層冷卻的溫度梯度，可實現鎳基定向高溫合金快速定向增材，從而達到零件尺寸的恢復。本發明為鎳基定向合金提供一種新型定向生長工藝方法，該方法沉積過程采用自動化控制，效率高；沉積枝晶組織定向性良好，致密均勻，熱影響區窄且無熱裂紋產生，沉積層與基體的焊接抗拉性能達到基體性能80％以上。

技術領域

本發明屬于金屬激光增材制造領域，涉及一種鎳基定向高溫合金激光定向增材方法，適用于復雜結構的鎳基定向高溫合金零件激光快速定向生長。

背景技術

高溫合金從誕生那刻開始就主要用于航空發動機，在現代先進的航空發動機中，高溫合金材料用量占發動機總量的40％～60％。在航空發動機中，高溫合金主要運用于四大熱端部件，導向器、渦輪葉片、渦輪盤和燃燒室。同時，高溫合金還是燃汽輪機及火箭發動機等高溫熱端部件的不可替代的材料。現在，鎳基定向高溫合金已經成為航空用途的主要材料，是噴氣式航空發動機葉片與熱端部件主要材料，它們工作在高溫與高應力條件下，葉片在高速運轉過程中，極易發生葉尖等部位的磨損，造成零件尺寸失效，高溫合金的定向修復難度大，經濟損失，這樣給發動機葉片延長使用壽命帶來較大困難。同時，隨著我國現代工業化建設的發展，各民航工業對鎳基定向高溫合金材料的需求日漸增多，愈以迫切。在推動高溫合金本身的發展和提高同時，也帶來高溫合金定向增材制造嚴峻問題。

迄今為止，航空發動機內部復雜形狀的定向鎳基高溫零件主要來源于進口，國內鑄造的成品率較低且缺陷存在較多，零件易出現鑄造裂紋，且成品的壽命較低，難滿足快速發展的航空發動機等行業要求，嚴重制約航空發動機零件在我國工業領域國產化的應用。且進口的鎳基定向高溫零件(如：航空發動機葉片等)價值較高，發動機內定向高溫合金葉片達數量較多，一旦葉片等尺寸失效就面臨零件的報廢，造成巨大的經濟損失。

激光增材制造技術，也稱激光熔化成型技術(Laser Melt Deposition,LMD)是以高功率激光為熱源，通過激光熔合同步輸送的原材料，逐層堆積而實現增材制造，在制造結構復雜的定向鎳基合金具有高效率、高質量及高性能等特有優勢，可實現任意復雜形狀金屬零件的成型制造。因此，研究鎳基定向高溫合金激光定向增材方法，創新制造定向高溫合金定向生長，為我國關鍵航空零部件制造自主化增材制造具有重要的實用價值和理論意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鎳基定向高溫合金激光定向增材方法，解決鎳基定向高溫合金零件由于磨損造成零件尺寸失效的問題。

本發明的技術方案如下：

一種鎳基定向高溫合金激光定向增材方法，該方法的工藝步驟如下：

采用粒度高溫合金粉末，將粉末進行干燥處理，干燥處理的溫度50～150℃，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。

所述的高溫合金粉末，粒度在80～250目，球形度≥90％，氧含量≤300PPM。

所述的干燥處理是將混合粉末置于干燥箱中1小時以上。