预防定向凝固高温合金裂纹的增材制造方法技术

本发明专利技术公开了一种预防定向凝固高温合金裂纹的增材制造方法，包括冷却装置和加热装置，所述冷却装置和加热装置通过以下步骤应用在增材制造过程中：S1：增材制造：采用激光熔覆设备在基板上进行增材制造；S2：在线冷却和在线加热：冷却装置设置于热源前方并跟随热源对熔池前段实时冷却，所述加热装置设置于热源后侧并跟随热源对熔池后段实时加热。本发明专利技术加热装置跟在熔池的后方随着熔池同步移动，可以有效减缓熔池后段熔覆层的固态冷却速度，减少残余应力；冷却装置设置在熔池前段，并随着熔池同步移动，用于冷却熔池前段熔覆层的温度，使熔池固液界面的温度梯度足够大，促进定向晶的生成，提高凝固的定向性。

【技术实现步骤摘要】
预防定向凝固高温合金裂纹的增材制造方法
本专利技术涉及增材制造
，特别涉及一种预防定向凝固高温合金裂纹的增材制造方法。
技术介绍
由于定向高温合金消除了叶片的横向晶界，纵向性能优异，耐高温性能更好，因此被广泛使用在进口温度更高的航空航天及燃气轮机涡轮叶片中。其相应的制备条件苛刻，必须同时满足热流垂直于晶体生长的固液界面单一方向和晶体生长的界面前的熔体中没有新的结晶核心并长大，保证正的温度梯度，进而制备成本跟高。而增材制造手段作为一种新的制造方法，可以实现服役损伤叶片的修复，也可以作为一种定向叶片的制备手段。在实际的激光熔覆制备该定向高温合金中通常面临两个难题，其一为DZ125、MarM247、CM247LC等定向凝固高温合金在激光修复过程中由于存在较大的应力，极易开裂；其二为材料的定向性问题，特别是打印部件高度比较高的时候，热累积较大，导致外延生长性变差，无法保证定向性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种预防定向凝固高温合金裂纹的增材制造方法，以解决增材制造的定向凝固金属零部件在修复或制造过程中的开裂和无法保证定向性问题。本专利技术的预防定向凝固高温合金裂纹的增材制造方法，包括冷却装置和加热装置，所述冷却装置和加热装置通过以下步骤应用在增材制造过程中：S1：增材制造：采用激光熔覆设备在基板上进行增材制造；S2：在线冷却和在线加热：冷却装置设置于热源前方并跟随热源对熔池前段实时冷却，所述加热装置设置于热源后侧并跟随热源对熔池后段实时加热，以使得熔池的固液界面有足够的温度梯度。进一步，所述冷却装置包括可通入液氮的铝箔，所述铝箔贴于热源前段的熔覆层上。进一步，所述加热装置包括两个加热线圈，两个加热线圈位于熔池后段熔覆层的两侧。进一步，步骤S1中，基板与增材制造原料材料相同。进一步，还包括设置于激光熔覆设备上用于对热源后侧熔覆层进行温度检测的温度检测装置。进一步，所述冷却装置、加热装置以及温度检测装置以可转动的方式安装于激光熔覆设备上。进一步，步骤S1中，在增材制造前，用丙酮和酒精清洗基板。进一步，所述冷却装置和加热装置还以高度可调的方式安装于送粉装置上。本专利技术的有益效果：本专利技术加热装置跟在熔池的后方随着熔池同步移动，可以有效减缓熔池后段熔覆层的固态冷却速度，减少残余应力；冷却装置设置在熔池前段，并随着熔池同步移动，用于冷却熔池前段熔覆层的温度，使熔池固液界面的温度梯度足够大，促进定向晶的生成，提高凝固的定向性，可解决随着打印高度变高热累积较大导致的定向晶粗大问题；而且该方式实现了跟随打印的实时冷却和加热，不影响打印效率，且简化工件后期热处理工艺。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。图1为本专利技术结构示意图；具体实施方式如图所示，本实施例中的预防定向凝固高温合金裂纹的增材制造方法，包括冷却装置1和加热装置2，所述冷却装置和加热装置通过以下步骤应用在增材制造过程中：S1：增材制造：采用激光熔覆设备3在基板4上进行增材制造；在激光修复过程中，待修复的零部件作为基板；S2：在线冷却和在线加热：冷却装置设置于热源前方并跟随热源对熔池前段实时冷却，所述加热装置设置于热源后侧并跟随热源对熔池后段实时加热，以使得熔池的固液界面有足够的温度梯度。热源为增材制造设备烧结原料的位置也为熔池的位置；激光熔覆是通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成冶金结合的添料熔覆层，激光熔覆设备用于增材制造时，通过喷涂粉末材料并实时烧结的方式，逐层实现烧结；激光熔覆设备为现有设备，具体不在赘述；冷却装置和加热装置可设置于激光熔覆设备的送粉器上，可以实现打印过程中的同步移动，具体不在赘述；加热装置的加热温度为1100℃，该装置跟在熔池的后方随着熔池同步移动，可以有效减缓熔池后段熔覆层的固态冷却速度，减少残余应力；冷却装置设置在熔池前段，并随着熔池同步移动，用于冷却熔池前段熔覆层的温度，使熔池固液界面的温度梯度足够大，促进定向晶的生成，提高凝固的定向性，可解决随着打印高度变高热累积较大导致的定向晶粗大问题；而且该方式实现了跟随打印的实时冷却和加热，不影响打印效率，且简化工件后期热处理工艺；本实施例中，所述冷却装置包括可通入液氮的铝箔1a，所述铝箔贴于热源前段的熔覆层上。铝箔可折叠形成中空的腔室，或者铝箔可适当增加厚度并开设相应的腔室，结合图1所示，冷却装置还包括装有液氮的容器罐1b，其中容器罐的出口通过管道与铝箔内腔连通，容器罐的出口处设置有阀门调节液氮的流量，铝箔用卡扣安装在熔池前段的送粉器上，这样可以保证打印过程中冷却装置与熔池的同步移动性，保证冷却装置一直位于熔池的前段，该结构的冷却装置其冷却效果甚佳，利用该装置可以使熔池固液界面的温度梯度足够大，促进定向晶的生成。本实施例中，所述加热装置包括两个加热线圈，两个加热线圈位于熔池后段熔覆层的两侧。加热装置安装在熔池后段的送粉器上，实现与熔池的同步移动，加热线圈为感应线圈，线圈呈椭圆形结构，紧跟在熔池后段的试样两侧，可防止加热线圈与未凝结的熔覆层接触，其中加热线圈采用电加热，可根据所需调节加热温度；本实施例中，步骤S1中，基板与增材制造原料材料相同。增材制造过程中熔覆层冷却后与基板粘连为一体，使得成型的零部件固定在基板上，提高零部件成型过程中的稳定性，在烧结完成后，将成型零件从基板上切下。本实施例中，还包括设置于激光熔覆设备上用于对热源后侧熔覆层进行温度检测的温度检测装置5。温度检测装置优选红外测温装置，其中温度检测装置包括红外测温装置5a以及温度显示仪5b，其中红外测温装置5a用于检测热源后侧熔覆层的温度，红外测温装置5a将检测的温度数据传递至温度显示仪5b，并通过温度显示仪5b的计算实时控制加热线圈的加热温度，温度显示仪5b上具有控制面板，用于手动控制加热线圈的温度，灵活设定加热温度，便于控制感应加热装置的加热温度；红外测温装置测试的是紧跟熔池后端的感应加热区域温度。本实施例中，所述冷却装置、加热装置以及温度检测装置以可转动的方式安装于激光熔覆设备上。结合图1所示，激光熔覆设备具有两个送粉器3a，两个送粉器位于激光器3b的两侧，送粉器喷嘴喷射方向以及激光器的激光方向交于一点，其交点位于最上方熔覆层处；送粉装置可围绕激光器转动，冷却装置安装于其中一个送粉器上，加热装置和温度检测装置安装于另一个送粉器上，此时转动送粉器互换两个送粉器的位置即可调节冷却装置、加热装置和温度检测装置的位置，每烧结完一层后，调节两个送粉器的位置，如此往复直至打印结束；本实施例中，步骤S1中，在增材制造前，用丙酮和酒精清洗基板。通过对基板的清洗利于烧结层与基板的粘接，提高整个成型零件的稳定性，防止零件在成型过程中错位，便于送粉器和激光器的空间定位。本实施例中，所述冷却装置和加热装置还以高度可调的方式安装于送粉装置上。冷却装置和加热装置可通过电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预防定向凝固高温合金裂纹的增材制造方法，其特征在于：包括冷却装置和加热装置，所述冷却装置和加热装置通过以下步骤应用在增材制造过程中：/nS1：增材制造：采用激光熔覆设备在基板上进行增材制造；/nS2：在线冷却和在线加热：冷却装置设置于热源前方并跟随热源对熔池前段实时冷却，所述加热装置设置于热源后侧并跟随热源对熔池后段实时加热，以使得熔池的固液界面有足够的温度梯度。/n

【技术特征摘要】
1.一种预防定向凝固高温合金裂纹的增材制造方法，其特征在于：包括冷却装置和加热装置，所述冷却装置和加热装置通过以下步骤应用在增材制造过程中：
S1：增材制造：采用激光熔覆设备在基板上进行增材制造；
S2：在线冷却和在线加热：冷却装置设置于热源前方并跟随热源对熔池前段实时冷却，所述加热装置设置于热源后侧并跟随热源对熔池后段实时加热，以使得熔池的固液界面有足够的温度梯度。


2.根据权利要求1所述的预防定向凝固高温合金裂纹的增材制造方法，其特征在于：所述冷却装置包括可通入液氮的铝箔，所述铝箔贴于热源前段的熔覆层上。


3.根据权利要求2所述的预防定向凝固高温合金裂纹的增材制造方法，其特征在于：所述加热装置包括两个加热线圈，两个加热线圈位于熔池后段熔覆层的两侧。


4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：党晓凤，何卫锋，田增，罗思海，聂祥樊，梁晓晴，李才智，汪世广，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61