[發明專利]預防定向凝固高溫合金裂紋的增材制造方法

有效

• 申請號: 202110277221.3
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113059159B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 黨曉鳳;何衛鋒;田增;羅思海;聶祥樊;梁曉晴;李才智;汪世廣
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: B22F7/06
• 分類號: B22F7/06;B22F12/20;B22F12/10;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 張子飛

本發明公開了一種預防定向凝固高溫合金裂紋的增材制造方法，包括冷卻裝置和加熱裝置，所述冷卻裝置和加熱裝置通過以下步驟應用在增材制造過程中：S1：增材制造：采用激光熔覆設備在基板上進行增材制造；S2：在線冷卻和在線加熱：冷卻裝置設置于熱源前方并跟隨熱源對熔池前段實時冷卻，所述加熱裝置設置于熱源后側并跟隨熱源對熔池后段實時加熱。本發明加熱裝置跟在熔池的后方隨著熔池同步移動，可以有效減緩熔池后段熔覆層的固態冷卻速度，減少殘余應力；冷卻裝置設置在熔池前段，并隨著熔池同步移動，用于冷卻熔池前段熔覆層的溫度，使熔池固液界面的溫度梯度足夠大，促進定向晶的生成，提高凝固的定向性。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，特別涉及一種預防定向凝固高溫合金裂紋的增材制造方法。

背景技術

由于定向高溫合金消除了葉片的橫向晶界，縱向性能優異，耐高溫性能更好，因此被廣泛使用在進口溫度更高的航空航天及燃氣輪機渦輪葉片中。其相應的制備條件苛刻，必須同時滿足熱流垂直于晶體生長的固液界面單一方向和晶體生長的界面前的熔體中沒有新的結晶核心并長大，保證正的溫度梯度，進而制備成本跟高。

而增材制造手段作為一種新的制造方法，可以實現服役損傷葉片的修復，也可以作為一種定向葉片的制備手段。在實際的激光熔覆制備該定向高溫合金中通常面臨兩個難題，其一為DZ125、MarM247、CM247LC等定向凝固高溫合金在激光修復過程中由于存在較大的應力，極易開裂；其二為材料的定向性問題，特別是打印部件高度比較高的時候，熱累積較大，導致外延生長性變差，無法保證定向性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種預防定向凝固高溫合金裂紋的增材制造方法，以解決增材制造的定向凝固金屬零部件在修復或制造過程中的開裂和無法保證定向性問題。

本發明的預防定向凝固高溫合金裂紋的增材制造方法，包括冷卻裝置和加熱裝置，所述冷卻裝置和加熱裝置通過以下步驟應用在增材制造過程中：

S1：增材制造：采用激光熔覆設備在基板上進行增材制造；

S2：在線冷卻和在線加熱：冷卻裝置設置于熱源前方并跟隨熱源對熔池前段實時冷卻，所述加熱裝置設置于熱源后側并跟隨熱源對熔池后段實時加熱，以使得熔池的固液界面有足夠的溫度梯度。

進一步，所述冷卻裝置包括可通入液氮的鋁箔，所述鋁箔貼于熱源前段的熔覆層上。

進一步，所述加熱裝置包括兩個加熱線圈，兩個加熱線圈位于熔池后段熔覆層的兩側。

進一步，步驟S1中，基板與增材制造原料材料相同。

進一步，還包括設置于激光熔覆設備上用于對熱源后側熔覆層進行溫度檢測的溫度檢測裝置。

進一步，所述冷卻裝置、加熱裝置以及溫度檢測裝置以可轉動的方式安裝于激光熔覆設備上。

進一步，步驟S1中，在增材制造前，用丙酮和酒精清洗基板。

進一步，所述冷卻裝置和加熱裝置還以高度可調的方式安裝于送粉裝置上。

本發明的有益效果：

本發明加熱裝置跟在熔池的后方隨著熔池同步移動，可以有效減緩熔池后段熔覆層的固態冷卻速度，減少殘余應力；冷卻裝置設置在熔池前段，并隨著熔池同步移動，用于冷卻熔池前段熔覆層的溫度，使熔池固液界面的溫度梯度足夠大，促進定向晶的生成，提高凝固的定向性，可解決隨著打印高度變高熱累積較大導致的定向晶粗大問題；而且該方式實現了跟隨打印的實時冷卻和加熱，不影響打印效率，且簡化工件后期熱處理工藝。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。

圖1為本發明結構示意圖；

具體實施方式