一种增材制造用改性NiAl粉末材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于金属间化合物增材制造技术领域，公开了一种增材制造用改性NiAl粉末材料及其制备方法，该方法包括：将预先称量好的改性材料放置在气相沉积室内的靶材位置上；在将NiAl粉末原材料加入到球化室中按照预设的粒径进行球化处理，得到球形NiAl粉末；最后将所述球形NiAl粉末加入到气相沉积室，通过等离子炬将靶材位置上的改性材料进行汽化蒸发形成金属蒸汽环境，所述球形NiAl粉末通过金属蒸汽实现球形NiAl粉末表面改性材料的包覆，得到表面改性的球形NiAl粉末材料。本发明专利技术实现了在NiAl粉末中精确添加改性元素，解决了NiAl粉末材料在增材制造中成型件塑性低，不易后加工的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用改性NiAl粉末材料及其制备方法
本专利技术涉及金属间化合物增材制造
，特别地，涉及一种增材制造用改性NiAl粉末材料及其制备方法。
技术介绍
增材制造技术是快速成型技术的一种，它是一种以三维模型为基础，运用金属粉末或者塑料等可粘合材料，通过逐层扫描，层层堆垛的方式来构造出立体三维零件的技术。该技术结合了CAD/CAM、光学、数控及材料科学等各类学科，应用领域非常广泛，在珠宝、医疗、鞋类、工业设计、建筑、航空航天、汽车、教育等都有应用前景。在材料科学日益发展的现代，对高端金属材料提出了更高的要求，如飞机、火箭发动机和燃气轮机方面，为提高工作效率均需要提高工作温度。而钴基、镍基等传统的耐高温合金几乎已达到其性能的极限，难以满足更高温度下的使用需求。而有序金属间化合物因其具有强度大、熔点高、比重轻的特点，尤其在1000℃的高温环境中仍保持较高的强度和腐蚀抗力等优异性能，使之成为最具潜力的新型高温合金。金属间化合物主要是指不同金属元素组成的有序固溶体，是指不同种类的原子长程有序排列构成的有较确定化学当量比的合金相。它们的结构特点决定了它们不仅有良好的高温强度，较好的抗氧化性和抗腐蚀性，而且密度小，是理想的航天航空材料，当前研究较多的金属间化合物有TiAl、Ti3Al、NiAl、Ni3Al、FeAl、Fe3Al等。然而，由于金属间化合物的室温塑性和韧性一般，加工性能较差，一般室温拉伸测试延伸率≤2％，所以，一直限制着金属间化合物材料的实际应用。专利[CN106676329B]公开了添加稀土元素Ce和Gd一种或者两种组合，通过Ce和Gd元素对材料进行室温塑性和高温抗氧化性能进行提升，本方案适用于粉末冶金NiAl合金材料，利用NiAl金属间化合物的耐高温性能，在热弯模具领域实现应用，本方案的优点在于利用粉末冶金的方式进行材料制备，可以实现NiAl合金的复杂结构成型，形成需要的坯料，减少后加工量，但是由于通过Ce和Gd不能对NiAl材料的组织进行优化，通过粉末冶金烧结的添加稀土NiAl合金组织与未添加材料相比基本不变，如果应用与增材制造领域，由于无法进行粉末均匀混合打印，使得增材过程中存在稀土分布不均匀且相互溶解度低，对增材制造零件性能没有较大提升。对NiAl粉末材料另一个应用是等离子喷涂材料，在零件表面形成NiAl材料的热障涂层。专利[CN103921493A]就是厂商对热喷涂用NiAl粉末进行改性的研发方案，在粉末中添加混合稀土，提升热障涂层使用效果，但本材料主要用于等离子喷涂行业，在NiAl材料中加入混合稀土的同时，添加大量的Fe元素，在增材制造中，Fe元素会与NiAl中的Al元素优先结合，产生脆性的Fe3Al相，使得NiAl合金性能下降，因此，本方案不适用于增材制造领域。业内，急需一种增材制造用NiAl粉末材料及其改性方法的新型技术。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种增材制造用改性NiAl粉末材料及其制备方法，实现在NiAl粉末中精确添加改性元素，解决NiAl粉末材料增材制造成型件塑性低，不易后加工的问题，实现增材制造样件性能提高的需求。为实现上述目的，本专利技术提供了一种增材制造用改性NiAl粉末材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将预先称量好的改性材料放置在气相沉积室内的靶材位置上；所述改性材料为Sc、Zr和Ti的金属靶材中的一种或多种；步骤二、将NiAl粉末原材料加入到球化室中按照预设的粒径进行球化处理，得到球形NiAl粉末；步骤三、将所述球形NiAl粉末加入到气相沉积室，通过等离子炬将靶材位置上的改性材料进行汽化蒸发形成金属蒸汽环境，所述球形NiAl粉末通过金属蒸汽实现表面改性材料的包覆，得到表面改性的球形NiAl粉末材料。进一步的，步骤二中，所述球化处理过程中，通过将NiAl粉末原材料投向适合NiAl粉末表面熔融区间的等离子矩区间以实现原材料球形化。进一步的，步骤二中，所述球化处理过程中，送粉量为45-55g/min，送粉角度为40°-45°，等离子焰流的功率为45-60kW。进一步的，步骤三中，将球形NiAl粉末加入到气相沉积室的送粉量为45-55g/min，金属靶材蒸发所使用的等离子炬焰流的功率为20-60kW。进一步的，步骤三中，通过球形NiAl粉末表面改性层的厚度来控制改性材料的添加量，对NiAl粉末粉末进行表面改性处理。进一步的，球形NiAl粉末表面改性层的厚度为0.01-10μm。进一步的，球形NiAl粉末表面改性层的厚度为0.01-5μm。进一步的，球形NiAl粉末表面改性层的厚度为0.01-1μm进一步的，所述NiAl粉末原材料的粒度为15-125μm。进一步的，所述NiAl粉末原材料的粒度为15-53μm或53-106μm或75-125μm。进一步的，所述NiAl粉末原材料的制备方法为气雾化或物理破碎或化学雾化。进一步的，所述改性材料为纯度在99.99％以上的金属靶材。本专利技术还提供了一种增材制造用改性NiAl粉末材料，由上述的制备方法制得，包括球形NiAl芯层和位于球形NiAl芯层表面的改性层，所述改性层包含Sc、Zr和Ti元素中的一种或多种。进一步的，球形NiAl粉末表面改性层的厚度为0.01-10μm。进一步的，球形NiAl粉末表面改性层的厚度为0.01-5μm。进一步的，球形NiAl粉末表面改性层的厚度为0.01-1μm进一步的，所述球形NiAl芯层是NiAl粉末原材料通过球化工艺制得。进一步的，所述NiAl粉末原材料的粒度为15-125微米。进一步的，所述NiAl粉末原材料的粒度为15-53微米或53-106微米或75-125微米。进一步的，所述NiAl粉末原材料的制备方法为气雾化或物理破碎或化学雾化。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供了一种增材制造用改性NiAl粉末材料的制备方法，先采用等离子球化制备球形NiAl粉末材料，再在球形NiAl粉末材料表面气相沉积改性元素。具体为：通过高温等离子体进行粉末重熔，在球化室中通过表面张力的作用将形状不规则的NiAl粉末原材料重新制成为球形粉末，在球化室下段则是气相沉积室，通过等离子炬将高纯金属元素靶材(即改性材料)进行汽化蒸发，在设备下端形成金属蒸汽环境，球化后的粉末通过金属蒸汽使得球形NiAl粉末表面实现改性元素的包覆，形成表面改性的球形NiAl粉末材料。另外，通过选择合适的送粉量以及蒸汽浓度可对表面元素改性层的厚度进行控制，从而达到精确控制粉末材料改性元素的含量。当NiAl粉末材料未进行球化处理时，会有很多异形颗粒，不适宜进行包覆处理，原因是异形颗粒由于体积无法实现量化，在生产过程中无法精确控制合金元素添加量，其次在包覆过程中，由于形状不规则，表面包裹层厚度不均匀，有的地方厚，有的地方几乎没有，进而很难控制镀层厚度。2、本专利技术提供了一种增材制造用改性NiAl粉末材料的制备方法，主要是向增材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造用改性NiAl粉末材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、将预先称量好的改性材料放置在气相沉积室内的靶材位置上；所述改性材料为Sc、Zr和Ti的金属靶材中的一种或多种；/n步骤二、将NiAl粉末原材料加入到球化室中按照预设的粒径进行球化处理，得到球形NiAl粉末；/n步骤三、将所述球形NiAl粉末加入到气相沉积室，通过等离子炬将靶材位置上的改性材料进行汽化蒸发形成金属蒸汽环境，所述球形NiAl粉末通过金属蒸汽实现表面改性材料的包覆，得到表面改性的球形NiAl粉末材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种增材制造用改性NiAl粉末材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将预先称量好的改性材料放置在气相沉积室内的靶材位置上；所述改性材料为Sc、Zr和Ti的金属靶材中的一种或多种；
步骤二、将NiAl粉末原材料加入到球化室中按照预设的粒径进行球化处理，得到球形NiAl粉末；
步骤三、将所述球形NiAl粉末加入到气相沉积室，通过等离子炬将靶材位置上的改性材料进行汽化蒸发形成金属蒸汽环境，所述球形NiAl粉末通过金属蒸汽实现表面改性材料的包覆，得到表面改性的球形NiAl粉末材料。


2.根据权利要求1所述的一种增材制造用改性NiAl粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述球化处理过程中，通过将NiAl粉末原材料投向适合NiAl粉末表面熔融区间的等离子矩区间以实现原材料球形化。


3.根据权利要求2所述的一种增材制造用改性NiAl粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述球化处理过程中，送粉量为45-55g/min，送粉角度为40°-45°，等离子炬焰流的功率为45-60kW。


4.根据权利要求1所述的一种增材制造用改性NiAl粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，将球形NiAl粉末加入到气相沉积室...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓庚，陈钰青，周朝辉，曹玄扬，邓阳丕，
申请(专利权)人：长沙新材料产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43