一种增材制造用无裂纹镍钛铜合金的制备方法技术

一种增材制造用无裂纹镍钛铜合金的制备方法，先计算目标合金成分范围内的热裂趋势，选取热裂趋势最低的合金成分配料、熔炼，通过气雾化法制取镍钛铜合金粉末；再设计“网格搭接”参数优化结构，对其及零件结构建模，设计位置、支撑，进行切片处理；接着保持模型原始坐标不变，设定打印路径、扫描策略，输入工艺参数，将设定好的工程文件拷入SLM设备；再接着调试设备，先打印片层，形成新的基板，随后打印零件；待基板温度降至70℃以下，取下带有打印件的基板，将其置于炉内保温；最后将打印件从基板上切下并研磨，得到镍钛铜合金。本发明专利技术通过成分设计、工艺参数优化和结构设计消除打印裂纹，制备出致密度高、成形性好、综合性能优异的镍钛铜合金。镍钛铜合金。镍钛铜合金。

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用无裂纹镍钛铜合金的制备方法


[0001]本专利技术涉及金属增材制造
，尤其指一种增材制造用无裂纹镍钛铜合金的制备方法。

技术介绍

[0002]镍钛基合金是目前应用最广泛的形状记忆合金。其中，镍钛铜合金薄膜和弹簧表现出高功率比、高可恢复应力以及优异的疲劳性能，广泛应用于微驱动器装置和弹簧制动器中。然而，采用传统加工工艺制备镍钛铜形状记忆合金成本高、工艺复杂，难以实现复杂结构的制造。选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)作为一种精确控制成形的3D打印方法，能够保证零件的光洁度和几何精度，可实现结构
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功能一体化形状记忆合金的制造。因此，SLM技术被认为是新一代镍钛铜合金制备的关键技术。
[0003]然而，作为一种快速凝固工艺，在采用SLM技术制造某些合金零件的成形过程中复杂的热历史(熔池内部温度高、熔池边界上冷却速度快)会导致非平衡凝固加剧，合金反复重熔，使得打印态合金中残余应力高，从而易产生变形和开裂，影响其综合性能。特别是对于采用SLM工艺制备NiTiCu合金，由于C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材制造用无裂纹镍钛铜合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，成分设计：基于希尔凝固模型和裂纹敏感因子计算法，计算目标合金成分范围内的热裂趋势，选取热裂趋势最低的合金成分进行配料；步骤S2，制备粉末：根据步骤S1中选取的合金成分进行熔炼铸锭，得到镍钛铜合金棒材，然后通过气雾化法制得镍钛铜预合金粉末，对镍钛铜预合金粉末进行筛分处理，再真空烘干，得到镍钛铜合金粉末；步骤S3，三维结构建模：设计“网格搭接”参数优化结构，使用NX
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10和Materialise
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Magics3软件分别对“网格搭接”参数优化结构以及零件结构进行3D建模，设计位置、支撑，并进行切片处理，片层厚度按最小层厚0.01mm分层；步骤S4，工艺参数设定：保持步骤S3中所构建模型的原始坐标不变，设定打印路径为分熔道逐层打印，扫描策略为条带分区加层间旋转，输入采用“网格搭接”参数优化结构模型优化后的工艺参数，将设定好的工程文件拷入SLM设备；步骤S5，打印成形：先调试设备，通入氩气，预热基板；再预先打印1mm厚的与零件成分相同的片层，形成新的基板，随后完成零件打印；待基板温度降温至70℃以下，取下带有打印件的基板，将其置于炉内保温，去应力退火；最后将打印件从基板上切下，并研磨零件表面，得到镍钛铜合金零件。2.根据权利要求1所述的增材制造用无裂纹镍钛铜合金的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，得到镍钛铜合金棒材后，将镍钛铜合金棒材放入小型真空感应气雾化制粉设备中，整个过程控制氧含量在600ppm以内，通过气雾化法制得镍钛铜预合金粉末，接着对镍钛铜预合金粉末过200目筛网，筛去大颗粒粉末，而后放入100℃的真空干燥箱内烘干2h以上，得到粒径为15
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53μm，球形度为95％以上的镍钛铜合金粉末。3.根据权利要求2所述的增材制造用无裂纹镍钛铜合金的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，使用NX
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10和Materialise
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Magics3软件对零件结构进行3D建模时，在零件的棱上设置“外圆角”结构，外圆角半径为2
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4mm。4.根据权利要求2或3所述的增材制造用无裂纹镍钛铜合金的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，使用NX
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10和Materialise
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Magics3软件对零件结构进行3D建模时，在零件与基板的接触部位设置“内圆角”结构，内圆角半径为2
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4mm。5.根据权利要求4所述的增材制造用无裂纹镍钛铜合金的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，设计“网格搭接”参数优化结构的方法如下：先将分解的选区激光熔化工艺参数列入正交表中，构造一带有2mm倒角的22mm
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29mm
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4mm长方体，在切片前将其等分为12个8mm
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8mm
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4mm的独立块，相邻网格之间包含1mm的搭接区域，再复制模块，并将其合理排列，将正交表中的工艺参数顺序赋给24个独立块，得到“网格搭接”参数优化结构。6.根据权利要求5所述的增材制造用无裂纹镍钛铜合金的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，使用NX

【专利技术属性】
技术研发人员：张利军，李志诚，钟静，易旺，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：