[發明專利]激光增材制造鎳基合金過程中抑制Laves相析出的方法

在審

• 申請號: 202110864041.5
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113579249A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 姚建華;張群莉;張杰;陳智君;姚喆赫
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F12/20;B33Y10/00;B33Y40/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

本發明公開了激光增材制造鎳基合金過程中抑制Laves相析出的方法，具體包括以下步驟：將基材放在具有冷卻裝置的工作臺上，將同步抑制裝置安裝好，打開半導體激光器和沸騰式送粉器開始進行金屬粉末的熔覆，同時同步抑制裝置的三根激冷銅管對熔池邊緣進行激冷，加工完成后對試樣進行掃描觀察其橫截面組織情況。本發明在鎳基高溫合金的激光增材制造或再制造過程中，對液態熔池周圍增加激冷源，能夠實現熔池內部溫度場的再分布，增加固液界面前沿溫度梯度，加快熔池凝固速度，有效減少了Nb、Al和Ti等偏析元素在枝晶間的集聚，為后續時效處理過程中強化相的析出提供保障。

技術領域

本發明涉及激光增材制造領域，更具體的說，尤其涉及一種激光增材制造鎳基合金過程中抑制Laves相析出的方法。

背景技術

激光增材制造技術具有快速冷卻和快速凝固的特點，但容易在固液界面發生諸如Nb等元素的嚴重偏析，進而形成長鏈狀Laves相。此外，在激光增材制造過程中，γ′-(Ni3Nb)和γ″-Ni3(Al,Ti)等強化相的析出也常常受到抑制，并進一步影響其力學性能。一般情況下，為了消除Laves相并且最大程度提高沉積態鎳基高溫合金的組織及力學性能，一般需要進行均勻化或者固溶處理。但是，對于再制造件來說，如果整體進行高溫的均勻化和固溶處理，不可避免的引起母材的組織長大，或者強化相的粗化。但是如果不經過固溶處理直接進行時效處理，由于不能有效消除Laves相，一定程度上影響增材制造件或者再制造件的力學性能。

目前，在大部分研究中，消除激光沉積態中Laves相依然是通過固溶或者均勻化處理。文獻1(Rare Metal Materials and Engineering,2010,39(9),1519-1524)研究了不同固溶溫度對組織和性能的影響，結果表明隨著固溶溫度的升高，晶粒的晶界越來越明顯，組織中的殘余Laves相逐漸減少。文獻2(表面技術,2019，48(2)，47-53)發現當固溶溫度較低時，未溶解的Laves相周圍存在明顯的δ相，隨著固溶溫度的提高，Laves相由長鏈狀到顆粒狀變化，且固溶溫度越高，Laves相的溶解速度越快。在未進行熱處理前，大部分研究者僅僅通過工藝手段實現對Laves相的控制。文獻3(Transaction of Nonferrous metalsSociety of China,2016,26,431-436)研究了相同線能量條件下的組織變化情況，發現隨著激光功率和掃描速度的降低，熔池冷卻速度加快，有利于抑制Nb元素偏析。文獻4(肖輝，湖南大學博士論文，2017)通過改變激光功率、掃描速度等基本參數研究了凝固速率對Inconel718合金中的Nb元素偏析行為的影響，結果表明冷卻速率越高越有利于Nb元素抑制和Laves相的形成。文獻5(劉洪剛，上海交通大學碩士論文，2012)比較了激光功率為5kW和1.5kW條件下對Laves相的析出情況，表明降低激光功率可以提高熔池冷卻速度，減少Laves相的析出。文獻6(張堯成，上海交通大學博士論文，2013)公開了利用高熔覆速度及快速激光重熔的方法有效的提高冷卻速度同時降低Laves相的形成的方法。此外，除了降低能量輸入外，加快熱量散失也可有效的提高冷卻速度，文獻7公開了(Surface Engineering,2013,29(6),414-418)利用基板液氮冷卻的方式加快冷卻速度，抑制了Laves相的析出的方法，但是隨著增材過程的進行，由于熱量的積累，底部冷卻的方法對遠離基體的部分影響不明顯。文獻8(表面技術，2018,47(7)，185-190)研究了不同載氣種類對組織和性能的影響，結果表明，采用氦氣作為載氣能夠有效提高熔池的冷卻速度，抑制Laves相的析出。文獻9(稀有金屬材料與工程，2019,48(11)，3393-3599)公開了一種利用電磁場實現對Laves相有效控制的方法。文獻10(Materials Letters,2017,188,260-262)通過激光調制技術，改變激光光源模式實現了對Laves相的控制。