[發明專利]一種基于共晶反應的激光增材制造鎢零件的制備方法

有效

• 申請號: 202010257828.0
• 申請日: 2020-04-03
• 公開（公告）號: CN111451501B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 趙聰聰;劉偉;夏大彪;徐龍;馮上樣
• 申請（專利權）人: 季華實驗室
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y50/02
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本發明提供了一種基于共晶反應的激光增材制造鎢零件的制備方法，屬于增材制造技術領域，包括以下步驟：S1：鎢預合金粉體或混合粉體的制備：選擇與鎢在凝固過程中可發生共晶反應的元素的單質，或包含該元素的固溶體或化合物，與純鎢制成預合金粉體或混合粉體；S2：建模分層：在3D打印增材制造設備上，根據所制備零件的形狀，創建零件的三維模型，并進行切片處理，將分層處理后的模型以STL格式導出；S3：激光成形：使用步驟S1的產物粉體，采用選區激光熔化技術，在合適的工藝參數下，成形鎢零件。采用本發明的制備方法制備出的鎢零件的致密度達到99％以上，內部裂紋極少甚至無裂紋，解決了增材制造鎢零件的裂紋問題，提高了增材制造鎢零件的性能。

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，具體涉及一種基于共晶反應的激光增材制造鎢零件的制備方法。

背景技術

鎢(W)以其優越的性能，如高熔點、高熱導率、良好的高溫強度及化學穩定性等，被廣泛應用于航空航天、核能和醫療等領域。但近年來，對零部件復雜形狀的應用需求不斷增加，通常有孔、槽、變截面等特征。而鎢固有的高熔點和低溫脆性，使其加工制造困難，有必要發展新型制備技術應用于實際工程用鎢部件制備。鎢零件3D打印增材制造過程是采用分層制造的思想，根據預先設計的CAD模型，以激光等為熱源，通過重復逐層鋪粉、逐層熔化凝固的方式，可以成形復雜形狀三維零件，可用于成形復雜形狀的金屬零部件。

但由于增材制造過程中成形體內應力大，鎢低溫(400℃)下的本征脆性，納米氣孔、氧化物雜質等在晶界處聚集造成的晶界弱連接，以及增材制造過程中形成的粗大柱狀晶等原因，增材制造成形鎢材料中極易形成大量沿晶界分布的裂紋。

以激光增材制造為例，通過在鎢中添加少量的金屬鉭(Ta)，W-Ta合金的晶粒形貌發生改變，同時形成位錯胞，使得裂紋密度降低約80％；添加ZrC納米顆粒，晶粒細化，可以將裂紋密度降低約88.7％。盡管現有技術可以在一定程度上減少裂紋的密度，但仍無法徹底解決，激光增材制造鎢零件中仍存在裂紋。

鑒于此，急需研究一種新型激光增材制造鎢零件的制備方法，能最大程度上減少或徹底解決現有激光增材制造鎢零件中存在的裂紋問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的上述缺陷，提供一種基于共晶反應的激光增材制造鎢零件的制備方法，通過引入可與鎢在凝固過程中發生共晶反應的元素的單質，或包含該元素的固溶體或化合物，與鎢制成預合金粉體或混合粉體，使用該鎢預合金粉體或混合粉體，再采用選區激光熔化或激光粉末床熔化技術，在合適的工藝參數下，成形鎢零件，制備出的鎢零件的致密度達到99％以上，內部裂紋極少甚至無裂紋，解決了增材制造鎢零件的裂紋問題，提高了增材制造鎢零件的性能。

本發明的目的可通過以下的技術措施來實現：

本發明提供了一種基于共晶反應的激光增材制造鎢零件的制備方法，包括以下步驟：

步驟S1：鎢預合金粉體或混合粉體的制備：選擇與鎢在凝固過程中可發生共晶反應的元素的單質，或包含該元素的固溶體或化合物，與純鎢制成預合金粉體或混合粉體；

步驟S2：建模分層：在3D打印增材制造設備上，根據所制備零件的形狀，創建零件的三維模型，并進行切片處理，將分層處理后的模型以STL格式導出；

步驟S3：激光成形：使用所述步驟S1的產物粉體，采用選區激光熔化技術，在合適的工藝參數下，成形鎢零件。

進一步地，所述步驟S3的激光成形過程具體為：

步驟S301：在光纖激光器的工作平臺上安裝純鎢金屬基板，并將所述金屬基板預熱至200-800℃，同時控制鋪粉刮刀與所述金屬基板的間隙為(30±0.5)μm，在激光成形過程中，控制所述金屬基板的溫度始終保持在200-800℃，將所述步驟S1的產物粉體顆粒填裝到粉體料倉中；

步驟S302：密封成形腔體，用真空泵將成形腔體內抽至相對真空度為-(90±1)KPa；