一种增材制造用的镍基高温合金粉末及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种增材制造用的镍基高温合金粉末及使用方法，按重量百分配比计，其化学成分为：Co：24～28％，Cr：10～14％，Mo：3.3～4.3％，W：3.5～4.5％，Ta：0.2～0.5％，Nb：0.5～0.9％，Hf：0.15～0.25％，Al：3.0～3.6％，Ti：3.4～3.8％，C：0.02～0.06％，B：0.003～0.010％；余量为Ni和杂质元素。与现有增材制造及修复常用高温合金IN625相比，本发明专利技术的合金在成形过程中裂纹敏感性与其相当，SLM(选择性激光熔覆)成型后致密度＞97.5％，进一步热等静压后致密度＞99.95％。

A nickel base superalloy powder for additive manufacturing and its application method

The invention discloses a nickel base superalloy powder for additive manufacturing and its use method. According to the weight percentage distribution ratio, its chemical composition is: CO: 24-28%, Cr: 10-14%, Mo: 3.3-4.3%, W: 3.5-4.5%, Ta: 0.2-0.5%, Nb: 0.5-0.9%, HF: 0.15-0.25%, al: 3.0-3.6%, Ti: 3.4-3.8%, C: 0.02-0.06%, B: 0.003-0.010 %; the residual is Ni and impurity elements. Compared with the superalloy in625 commonly used in additive manufacturing and repair, the alloy of the invention has the same crack sensitivity in the forming process. After SLM (selective laser cladding) forming, the density is more than 97.5%, and after further hot isostatic pressing, the density is more than 99.95%.

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用的镍基高温合金粉末及使用方法
本专利技术涉及材料
，更具体的是涉及一种增材制造用的镍基高温合金粉末及使用方法。
技术介绍
增材制造技术已成为复杂结构高温合金零部件最具潜力的制备及修复技术。在将增材制造技术推广到其他高性能高温合金时，发现虽然现有高性能高温合金种类繁多，但均是针对传统制备工艺(如：铸造、变形等)而研发的。增材制造技术成形过程与传统工艺完全不同，现有牌号的这些高性能高温合金在利用该技术制备零部件或修复损伤零部件时，所得显微组织和合金化特征与传统铸件、锻件等存在较大差异，极易产生微裂纹、孔洞等缺陷。增材制造工艺过程涉及到粉末的熔化及快速凝固，与微区熔化堆焊相似，因此增材制造材料的设计可借鉴焊接材料的成分特点。在文献：B.Geddes，H.Leon，X.Huang：Superalloys，Alloyingandperformance，ASMInternational2010，P71-P72，作者将超合金的可焊性近似描述为[两倍的Al浓度(wt.-％)+Ti浓度(wt.％)]＜6.0wt.-％的直线，这意味着具有超过6wt.-％的[2Al(wt.-％)+Ti(wt.-％)]的Ni基超合金为难焊接材料。这类材料在焊接过程中会发生凝固和晶界液化开裂，而焊后热处理时通常由于大量的γ′Ni3(Al，Ti)沉淀析出导致应变时效裂纹。因此，根据以上原则，可焊性高温合金主要是固溶强化合金(如IN625)和低含量的γ′合金(如In718、Hastelloy-X)等。为了保证良好的打印性能，目前用于增材制造领域的高温合金材料也是由这一类可焊性高温合金材料组成，存在耐温性能不足，高温力学性能低等问题，尤其在800℃以上温度使用的零件，目前广泛使用的材料如In625、In718和Hastelloy-X等只能用于修复性能要求不高的部分，严重制约了增材制造技术在关键高温部件中的应用，例如燃气轮机及航空发动机热端部件的修复及制造。因此希望获得一种增材制造过程中裂纹敏感性低、且高温力学性能优于IN625、In718的高性能高温合金粉末材料。公开号为US3615376的美国专利公开了沉淀强化镍基高温合金由以下组成：5-15wt.％的Co、13-15.6wt.％的Cr、2.5-5wt.％的Mo、3-6wt.％的W、4-6wt.％的Ti、2-4wt.％的Al、0.15-0.3wt.％的C、0.005-0.02wt.％的B、至多0.1wt.％的Zr以及余量的镍和杂质。该高温合金具有良好的综合机械性能及高达1742°F的抗氧化性和可焊性的良好组合。该合金的实施方案也称为René80高温合金，其由9.5wt.％的Co、14wt.％的Cr、4wt.％的Mo、4wt.％的W、5wt.％的Ti、3wt.％的Al、0.17wt.％的C、0.015wt.％的B、0.03wt.％的Zr和余量的镍组成并且为焊丝和焊粉形式，已用于Inconel738、GTD111、GTD222、René77多晶和CMSX-4、RenéN5和其他单晶材料的焊接。但由于其具有高含量γ′相，焊接可导致严重的热影响区(HAZ)液化开裂，使得不可能在使用已知焊接材料的环境温度下产生无裂纹焊点，参见M.Montazeri，F.MalekGhaini和O.A.Ojo的文章″HeatInputandtheLiquationCrackingofLaserWeldedIN738LCSuperalloy″，WeldingJournal，2013，Vo.92，2013，pp.：258-264。根据公开号US5,897,801和US6,659,332的美国专利内容，为产生良好的无裂纹焊点，由Inconel738、GTD111和其他高γ′高温合金制成的发动机组件需采用特殊的焊接工艺。而且在焊接修复后，涡轮叶片趋于加速氧化。因此该材料并不适合直接用作增材制造材料。
技术实现思路
为了实现上述的目的，本专利技术所提供一种增材制造用的镍基高温合金粉末，按重量百分配比计，其化学成分为：Co：24～28％，Cr：10～14％，Mo：3.3～4.3％，W：3.5～4.5％，Ta：0.2～0.5％，Nb：0.5～0.9％，Hf：0.15～0.25％，Al：3.0～3.6％，Ti：3.4～3.8％，C：0.02～0.06％，B：0.003～0.010％；余量为：Ni和杂质元素。优选的，按重量百分配比计，其化学成分为：Co：25～27％，Cr：10.5～11.5％，Mo：3.4～3.6％，W：3.9～4.1％，Ta：0.3～0.4％，Nb：0.6～0.8％，Hf：0.18～0.22％，Al：3.2～3.4％，Ti：3.5～3.7％，C：0.02～0.04％，B：0.005～0.007％；余量为：Ni和杂质元素。优选的，所述粉末具有10～100μm的粒度分布和球形形态。优选的，所述合金粉末通过真空感应熔炼制得母合金锭，然后经过气雾化法或等离子旋转电极制粉法制得一种如上任一所述合金粉末的使用方法所述合金粉末用增材制造方法制得的构件经热等静压后可用于600℃以上工作环境中。优选的，所述合金粉末用增材制造方法制得的构件经热等静压后可用于800℃以上工作环境中。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：与现有增材制造及修复常用的高温合金IN625相比，本专利技术的合金在成形过程中裂纹敏感性与其相当，SLM(选择性激光熔覆)成型后致密度＞97.5％，进一步热等静压后致密度＞99.95％。附图说明图1为本专利技术合金SLM样品的侧表面结构。图2为本专利技术合金SLM样品的侧表面结构。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。实施例一本专利技术提供一种增材制造用的镍基高温合金粉末，按重量百分配比计，其化学成分为：Co：24～28％，Cr：10～14％，Mo：3.3～4.3％，W：3.5～4.5％，Ta：0.2～0.5％，Nb：0.5～0.9％，Hf：0.15～0.25％，Al：3.0～3.6％，Ti：3.4～3.8％，C：0.02～0.06％，B：0.003～0.010％；余量为：Ni和杂质元素。Co元素与基体Ni能完全互溶，可扩大γ相区，在合金中起固溶强化的作用。Co还可以降低合金基体的层错能，提高合金的中温性能，改善合金成形性能和组织稳定性。为了在不增加Al、Ti等热裂纹形成元素总量的前提下提高中温性能，本专利技术合金中将Co元素大幅提高为24～28％。Al元素是形成γ′相的主要合金元素，合金中Al元素的含量直接决定了γ′相的体积分数。Al在高温下能形成致密的氧化膜，提高合金的抗氧化性。但Al含量过高，会促进枝晶间低熔点γ/γ′共晶的形成，不利于合金在增材制造过程中的成形。为此，本专利技术合金中Al元素的含量控制在3.0～3.6％；Ti元素是形成γ′相的主要合金元素之一，可以替代γ′-Ni3Al中的Al原子，形成γ′-Ni3(Al，Ti)。Ti的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造用的镍基高温合金粉末，其特征在于，按重量百分配比计，其化学成分为：/nCo：24～28％，Cr：10～14％，Mo：3.3～4.3％，W：3.5～4.5％，Ta：0.2～0.5％，Nb：0.5～0.9％，Hf：0.15～0.25％，Al：3.0～3.6％，Ti：3.4～3.8％，C：0.02～0.06％，B：0.003～0.010％；/n余量为：Ni和杂质元素。/n

【技术特征摘要】
1.一种增材制造用的镍基高温合金粉末，其特征在于，按重量百分配比计，其化学成分为：
Co：24～28％，Cr：10～14％，Mo：3.3～4.3％，W：3.5～4.5％，Ta：0.2～0.5％，Nb：0.5～0.9％，Hf：0.15～0.25％，Al：3.0～3.6％，Ti：3.4～3.8％，C：0.02～0.06％，B：0.003～0.010％；
余量为：Ni和杂质元素。


2.根据权利要求1所述的增材制造用的镍基高温合金粉末，其特征在于，按重量百分配比计，其化学成分为：
Co：25～27％，Cr：10.5～11.5％，Mo：3.4～3.6％，W：3.9～4.1％，Ta：0.3～0.4％，Nb：0.6～0.8％，Hf：0.18～0.22％，Al：3.2～3.4％，Ti：3.5～3....

【专利技术属性】
技术研发人员：张建庭，尧健，冯干江，
申请(专利权)人：深圳市万泽中南研究院有限公司，深圳市万泽航空科技有限责任公司，深汕特别合作区万泽精密铸造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44