[發明專利]一種用于高能束3D打印的納米氧化物顆粒/鎳基高溫合金復合球形粉末及其制備方法

有效

• 申請號: 201811319601.3
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109332680B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 汪濤;吳小玉;彭明媚;聶云鵬
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B33Y70/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

本發明公開一種用于高能束3D打印的納米氧化物顆粒/鎳基高溫合金復合球形粉末，納米級氧化物增強顆粒分布于微米級球形鎳基高溫合金粉末的表面；所述鎳基高溫合金粉末純度在99％以上，粒徑為20?50μm；所述納米級氧化物增強顆粒采用納米Y₂O₃、ThO₂或Al₂O₃粉末，粉末粒徑為30?100nm，添加的質量分數為1?10％。此種復合球形粉末粒徑分布窄、球形度高、流動性好，符合3D打印技術的要求，3D打印成品材料中納米增強顆粒呈單顆粒分布，3D打印成品零件性能優異。本發明還公開一種用于高能束3D打印的納米氧化物顆粒/鎳基高溫合金復合球形粉末的制備方法。

技術領域

本發明屬于3D打印制造技術領域，特別涉及一種用于高能束3D打印的納米氧化物顆粒/鎳基高溫合金復合球形粉末及其制備方法。

背景技術

鎳基高溫合金因其優異的高溫服役性能被廣泛應用于航天、航空等領域。相比于傳統的鑄造、機械切削等加工方法，激光、電子束等高能束3D打印能突破空間形狀復雜、高溫成形等條件的限制，已發展成為高精度、形狀復雜鎳基高溫合金航空部件的主要成形方法。而3D打印粉體材料是確定3D打印成品質量的關鍵因素，決定著3D打印技術的成形能力邊界。

近年來，氧化物彌散增強(ODS)鎳基高溫合金因高溫下具有優越的抗氧化性、強度等性能，能適應在惡劣極端條件下工作，廣泛應用于航空航天渦輪發動機等領域。氧化物彌散增強鎳基高溫合金主要是通過添加一些高耐熱性、惰性的氧化物(Y₂O₃、ThO₂、Al₂O₃)顆粒，使其均勻地分布于基體中來提高其高溫性能。

3D打印技術制備納米陶瓷顆粒增強鎳基高溫合金構件具有較高技術難度。納米顆粒巨大的比表面所產生的表面能使顆粒之間存在極強的團聚作用，而且陶瓷顆粒與基體金屬密度差異大，更易引發團聚、偏聚，降低增強相顆粒對基體金屬的強化效應。

針對上述問題，高能束3D打印的納米氧化物顆粒/鎳基高溫合金均采用預制納米氧化物顆粒/鎳基高溫合金復合粉體的技術路線。目前，預制納米氧化物顆粒/鎳基高溫合金均采用長時間高能球磨的分散/復合的辦法。而高能球磨法長時間混合粉末會極大地降低粉末顆粒的球形度，造成粉體流動性大幅下降，嚴重影響高能束3D打印的成形質量；并且難以徹底解決納米級增強顆粒易團聚的問題，造成高能束3D打印的成品中納米增強顆粒的團聚和偏聚。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種用于高能束3D打印的納米氧化物顆粒/鎳基高溫合金復合球形粉末，其粒徑分布窄、球形度高、流動性好，符合3D打印技術的要求，3D打印成品材料中納米增強顆粒呈單顆粒分布，3D打印成品零件性能優異。

本發明的另一目的，在于提供一種用于高能束3D打印的納米氧化物顆粒/鎳基高溫合金復合球形粉末的制備方法，具有原料選取廣泛，制備方法簡單易行，成本低等優點。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

一種用于高能束3D打印的納米氧化物顆粒/鎳基高溫合金復合球形粉末，納米級氧化物增強顆粒分布于微米級球形鎳基高溫合金粉末的表面。

上述鎳基高溫合金粉末純度在99％以上，粒徑為20-50μm。

上述納米級氧化物增強顆粒采用納米Y₂O₃、ThO₂或Al₂O₃粉末，粉末粒徑為30-100nm，添加的質量分數為1-10％。

如前所述的一種用于高能束3D打印的納米氧化物顆粒/鎳基高溫合金復合球形粉末的制備方法，包括如下步驟：