一种高压选区激光熔化制备含氮合金设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高压选区激光熔化制备含氮合金设备，包括高压室，所述高压室内设置有三维运动控制台和粉体平台，所述粉体平台设置在所述三维运动控制台的上方；所述高压室的外侧壁上设置有压力阀，所述高压室的上方设置有用于将所述高压室密封的密封架，所述密封架的上方设置有激光器；所述激光器的工作端贯穿所述密封架到达所述高压室内，且在所述粉体平台上形成微熔池。总之，高压选区激光熔化制备含氮合金设备能提高不锈钢中氮含量，改善钢的力学性能和耐腐蚀性能，同时具有快速熔炼凝固、一步成型的优势，应用价值和发展前景大。

A high pressure selective laser melting equipment for preparing nitrogen-containing alloy

【技术实现步骤摘要】
一种高压选区激光熔化制备含氮合金设备
本技术涉及特种冶金及材料制备领域，尤其涉及一种高压选区激光熔化制备含氮合金设备。
技术介绍
含氮合金是性能优越的特种合金，合金中的氮是有益的合金元素，而高氮不锈钢是含氮合金中具有代表性的高氮不锈钢。在国外，高压冶炼高氮不锈钢工艺已经开发很多种。增压电渣重熔法(PESR)和设备最早是奥地利专利技术并进行长期试验，后由德国和奥地利发展成熟，PESR方法冶炼采用复合电极，在高压重熔过程中连续加氮化合金增氮，熔池深度较浅。保加利亚的Rashev等专利技术了反压铸造法(UPL)高氮不锈钢生产方法，当感应炉内钢液氮含量达到要求时，通过上下压差将钢液由感应炉内压至上部铸造室内凝固，特点是合金化与凝固过程在时间上和空间上分开，所需的压力较大。加压感应炉法(PIF)是一种实验室规模的制备高氮不锈钢的方法，研究表明气液界面面积在钢液渗氮过程中起主导作用，反应界面积较小，渗氮时间长。增压等离子熔炼法(PARP)是在熔化、精炼和重熔金属的过程中将等离子弧作为发热源来生产高氮不锈钢的冶炼方法，氮分压、气体成分、原始钢成分、温度和生成的渣对最终的氮含量有较大影响。国内高校、研究院所对高氮不锈钢的研究表现出极大兴趣，在高氮不锈钢冶炼、组织性能和加工工艺方面开展了大量深入研究工作。东北大学的姜周华等人在实验研究和前人研究的基础上，基于模型的计算结果讨论了氮分压、温度、合金成分对不锈钢熔体中氮含量的影响，并开发了加压感应熔炼与加压电渣重熔双联工艺(PVIM+PESR)，制备出了高氮轴承钢原型材料，力学性能和耐腐蚀性能优异。钢铁研究总院况春江等人采用气雾化法制备高氮超级奥氏体不锈钢粉末，利用热等静压成形，结果表明材料完全致密，经1200℃×1h固溶处理后，力学性能及耐蚀性能大大提高，抗拉强度Rm为1050MPa、屈服强度Rp0.2为735MPa，伸长率A为57.0％。武汉科技大学李光强等人在实验室采用真空感应炉，对加压感应熔炼Fe-Cr-Mn-Ni系奥氏体不锈钢进行了实验，1913K、1.0MPa氮气氛中，Cr12、Cr17Mn5Ni5、Cr19Mn15和Cr20Mn8不锈钢中氮的溶解度分别为0.39％、0.69％、1.12％和0.90％。北京科技大学的储少军等人进行了吹氨冶炼高氮不锈钢的实验和原理研究，论述了吹氨冶炼高氮不锈钢的工艺理论与实验室研究结果。华北理工大学王书桓等人采用高压底吹法冶炼高氮钢，研究了在高压下钢中氮的溶解度、高压底吹氮气法高氮钢精炼与凝固热/动力学等，制备出了奥氏体和铁素体高氮钢。此外，上海大学、江苏大学、南京理工大学、长春工业大学等，在高氮钢组织调控、成分设计、力学与耐蚀性能、热加工处理、锻造、焊接等方面开展了大量研究。无论国内还是国外，高效优质高氮钢的冶炼工艺技术采用高压手段增氮，高压条件下，氮饱和溶解度受压力的影响显著，呈数量级变化，增氮效果显著。关于公斤级、吨级的钢液熔池增氮合金化(底吹气增氮、氮化合金增氮)制造含氮合金方面已有很多系统研究，而对于高压环境下，微熔池增氮制备含氮合金型材设备尚无报道。本技术设计了激光熔化形成微熔池的设备，高压气体通过气液表面渗入合金液，可以在高压下，实现激光微熔池协同增氮，制备出高性能含氮合金型材。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种高压选区激光熔化制备含氮合金设备，解决高压环境下，激光微熔池协同增氮制备出高性能的含氮合金型材设备的问题。为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：本技术一种高压选区激光熔化制备含氮合金设备，包括高压室，所述高压室内设置有三维运动控制台和粉体平台，所述粉体平台设置在所述三维运动控制台的上方；所述高压室的外侧壁上设置有压力阀，所述高压室的上方设置有用于将所述高压室密封的密封架，所述密封架的上方设置有激光器；所述激光器的工作端贯穿所述密封架到达所述高压室内，且在所述粉体平台上形成微熔池。进一步的，所述密封架的上方一侧位置上开设有监测孔。再进一步的，所述微熔池尺寸分为纳米级和微米级，纳米级为0.1～5.0μm，微米级为5.0～800μm。再进一步的，所述高压室内的气体压力范围为1.0～13.0MPa。再进一步的，所述三维运动控制台和激光器连接有数控装置。与现有技术相比，本技术的有益技术效果：该技术激光熔化制备含氮合金设备在使用的过程中，首先将铺设有粉体原料的粉体平台放置在高压室内的三维运动控制台上，然后用密封架封锁整个高压室，并将激光器从密封架的顶端穿出，直至达到粉体平台的上端，且与粉体平台保持一定的距离；再之后，通过压力阀将高压室内的气体进行抽真空，并输入一定量的氮气，直至高压室内的压力值达到设定的数值之后，关闭压力阀；最后，在数控装置的控制下，启动三维运动控制台和激光器，激光器作用在粉体平台上形成微熔池，当激光束与微熔池相对移动后，微熔池快冷骤凝，形成固体，使金属原子和合金元素的扩散移动受限，抑制了晶粒长大和合金元素偏析，金属组织晶粒细小，合金元素分布均匀，无显微气泡，能较大提高材料强度和韧性，而激光束工作的整个过程可以通过监测孔看到。总之，该高压选区激光熔化制备含氮合金设备能提高不锈钢中氮含量，改善钢的力学性能和耐腐蚀性能，同时具有快速熔炼凝固、一步成型的优势，应用价值和发展前景大。附图说明下面结合附图说明对本技术作进一步说明。图1为本技术高压选区激光熔化制备含氮合金设备剖视图；附图标记说明：1、三维运动控制台；2、粉体平台；3、高压室；4、监测孔；5、激光器；6、微熔池；7、密封架；8、压力阀。具体实施方式如图1所示，一种高压选区激光熔化制备含氮合金设备，包括高压室3，所述高压室3内安装有三维运动控制台1和粉体平台2，其中，所述粉体平台2安装在所述三维运动控制台1的上方，随着三维运动控制台1的移动而移动。所述高压室3的外侧壁上安装有压力阀8，用于抽真空和充氮气，本次实施例中，所述高压室3内的气体压力范围为1.0～13.0MPa，其中，1.0～6.0MPa为高压范围值，6.0～13.0MPa为特高压范围值。所述高压室3的上方安装有用于将所述高压室3密封的密封架7，用于密封住高压室3。所述密封架7的上方安装有激光器5，所述激光器5的工作端贯穿所述密封架7到达所述高压室3内，且在所述粉体平台2上形成微熔池6，根据激光器5到粉体平台2的距离不同，以及气体压强大小不同，所述微熔池6尺寸分为纳米级和微米级，纳米级为0.1～5.0μm，微米级为5.0～800μm。所述密封架7的上方一侧位置上开设有监测孔4，用于观察激光器5的工作情况。此外，所述三维运动控制台1和激光器5均连接有数控装置，由数控装置控制三维运动控制台1的运行线路和激光器5的工作状态。本技术的使用过程如下：首先，将粉体原料装入高压室3内的粉体平台2上，并将其压实；然后，将密封架7安装在高压室3的上方，使高压室3形成密闭空间；之后，通过压力阀8将密封室内的空气抽出来，使其形成真空状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压选区激光熔化制备含氮合金设备，其特征在于：包括高压室(3)，所述高压室(3)内设置有三维运动控制台(1)和粉体平台(2)，所述粉体平台(2)设置在所述三维运动控制台(1)的上方；所述高压室(3)的外侧壁上设置有压力阀(8)，所述高压室(3)的上方设置有用于将所述高压室(3)密封的密封架(7)，所述密封架(7)的上方设置有激光器(5)；所述激光器(5)的工作端贯穿所述密封架(7)到达所述高压室(3)内，且在所述粉体平台(2)上形成微熔池(6)。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压选区激光熔化制备含氮合金设备，其特征在于：包括高压室(3)，所述高压室(3)内设置有三维运动控制台(1)和粉体平台(2)，所述粉体平台(2)设置在所述三维运动控制台(1)的上方；所述高压室(3)的外侧壁上设置有压力阀(8)，所述高压室(3)的上方设置有用于将所述高压室(3)密封的密封架(7)，所述密封架(7)的上方设置有激光器(5)；所述激光器(5)的工作端贯穿所述密封架(7)到达所述高压室(3)内，且在所述粉体平台(2)上形成微熔池(6)。


2.根据权利要求1所述的高压选区激光熔化制备含氮合金设备，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵定国，孙鑫，王书桓，陈洋，崔小杰，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：新型
国别省市：河北;13