一种基于激光选区熔化方法优化镍钛合金性能的方法技术

本发明专利技术公开一种基于激光选区熔化方法优化镍钛合金性能的方法。该方法包括如下步骤：在激光选区熔化制备镍钛合金过程中，对每一层激光扫描后，再次使用激光在不重新铺粉的情况下重熔该成型层，重熔的次数记为N，N≥1且为整数。通过该方法，使得NiTi合金在激光选区熔化制造过程中，既能提高NiTi合金制件的致密度、优化力学性能，还能够不影响NiTi合金的相变温度，甚至能继续提高相变温度，使得NiTi合金表现为较强的形状记忆特性。从而扩大NiTi合金的激光选区熔化制造工艺窗口的可选范围。激光选区熔化制造工艺窗口的可选范围。激光选区熔化制造工艺窗口的可选范围。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光选区熔化方法优化镍钛合金性能的方法


[0001]本专利技术属于镍钛合金领域，涉及一种基于激光选区熔化方法优化镍钛合金性能的方法。

技术介绍

[0002]NiTi合金由于其独特的性质，如形状记忆效应(SME)和超弹性(SE)而引起了研究人员的广泛关注，这是因为NiTi合金中的马氏体(B2)和奥氏体(B19
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)在环境温度变化下会发生相互转化，与相变温度有关，这使其成为具有多种应用前景的材料。在过去的几十年中，NiTi合金被广泛应用于航空航天、医疗正畸和心血管支架领域。然而，传统工艺制造的NiTi合金零件在制造高复杂结构形状方面较为困难，使得NiTi的产品多为简单的几何形状，这极大地限制了它们的使用。
[0003]激光选区熔化技术(SLM)在解决NiTi合金零件结构复杂的成型、制造方面有很大的潜力。因为激光选区熔化属于金属3D打印技术的一种，基于“分层制造、逐层成型”的制造思想，即“点成线成面成体”的顺序成型。利用CAD/CAE软件进行建模，再通过软件对复杂模型进行分层切片，每一层切片都包含该层的全部几何信息，最后以高能激光束将金属粉末逐层熔化直至成形完整的零件。
[0004]但是，激光选区熔化过程中通常会在制件内部形成锁匙孔或冶金孔，这些缺陷会降低NiTi合金的机械性能，在对性能的控制方面要弱于传统的制造工艺。而材料通常在SLM期间不受外部干扰，基本通过调整工艺参数，如激光功率、扫描速度、扫描间距和铺粉层厚等来优化、消除这些缺陷。所以激光能量输入在SLM过程中起着至关重要的作用。但是能量密度在一些情况下难使相变特性与力学性能更好的匹配。比如，已经证明了，在高激光功率下，获得形状记忆特性(SME)的高致密NiTi合金比较困难，因为此时样品多表现为超弹性(SE)。而要获得形状记忆性(SME)强的NiTi合金，需要降低激光扫描速度，但是这又会使得样品内部缺陷过大，因为要制造高致密度合金，需要高激光功率与高激光扫描速度相匹配，因而会存在相矛盾的地方。所以，NiTi合金的SLM工艺窗口受相变特性与力学性能的相互约束而导致工艺窗口的可选范围较窄。
[0005]综上，NiTi合金是一种具有形状记忆(SME)和超弹性(SE)的独特功能材料，这与相变温度以及环境温度有关，利用这种材料可以制造出形状记忆结构件。但是传统的制造方法在控制具有复杂结构的NiTi合金零件生产方面较为困难，因为同时受到相变温度与力学性能的相互影响与制约；选择性激光熔化法具有精确制造复杂形状结构的优点，但在高激光功率下获得形状记忆(SME)的高致密合金与高激光功率下制造的NiTi合金通常表现为超弹性(SE)的特点有矛盾，最后造成工艺窗口可选范围狭窄的问题。

技术实现思路

[0006]为改善现有技术存在的上述技术问题，本专利技术提供一种优化镍钛合金性能的方法，所述方法包括如下步骤：在激光选区熔化制备镍钛合金过程中，对每一层激光扫描后，
再次使用激光在不重新铺粉的情况下重熔该成型层，重熔的次数记为N，N≥1且为整数。
[0007]根据本专利技术的实施方案，N的选择可以根据需求进行调整，例如N＝1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。
[0008]根据本专利技术的实施方案，所述方法包括：在激光选区熔化设备中摆放制品的三维STL数据，按照需求，首先对第一次激光扫描进行工艺参数的赋值，然后再次使用激光，按需求依次对N次激光重熔进行工艺参数赋值。
[0009]例如，第一次激光扫描的工艺条件包括：扫描激光功率(P)为10～95W，光斑直径(d)为30～50μm，扫描速度(v)为250～800mm/s，扫描间距(h)为80～110μm，铺粉层厚(t)为25～30μm。
[0010]优选地，所述第一次激光扫描的工艺条件包括：扫描激光功率(P)为40～70W，光斑直径(d)为35～45μm，扫描速度(v)为250～500mm/s，扫描间距(h)为90～100μm，铺粉层厚(t)为25～30μm。
[0011]例如，每次重熔激光扫描采用的工艺参数的能量密度为第一次激光扫描时能量密度的72％～100％，优选75％～100％，例如为75％、80％、85％、90％、95％。进一步地，每次重熔激光采用的工艺参数可选择的范围包括：激光功率(P)10～95W，光斑直径(d)为30～50μm，扫描速度(v)为250～800mm/s，扫描间距(h)为80～110μm，铺粉层厚(t)为25～30μm。优选地，每次重熔激光采用的工艺参数可选择的范围包括：扫描激光功率(P)为40～70W，光斑直径(d)为35～45μm，扫描速度(v)为250～500mm/s，扫描间距(h)为90～100μm，铺粉层厚(t)为25～30μm。
[0012]其中，能量密度公式：E＝P/vht。
[0013]根据本专利技术的实施方案，所述激光扫描的扫描策略可以为棋盘式扫描或岛式扫描。
[0014]示例性地，第一次激光扫描的工艺条件包括：扫描激光功率(P)为60W，扫描速度(v)为250mm/s，扫描间距(h)为110μm，铺粉层厚(t)为25μm，扫描策略为棋盘式扫描；
[0015]所述重熔的次数N＝1，第一次重熔激光采用的工艺参数的能量密度为第一次激光扫描时能量密度的75％；比如，相较于第一次激光扫描的工艺条件，仅将扫描激光功率(P)调整为45W，其他条件不变；
[0016]或者，第一次重熔激光采用的工艺参数的能量密度为第一次激光扫描时能量密度的100％；比如，第一次重熔激光采用的工艺条件与第一次激光扫描的工艺条件相同。
[0017]根据本专利技术的实施方案，采铺的粉末为由原子气雾化法制得的预合金近等原子比NiTi粉末，粉末颗粒直径分布在15～53μm范围内，且在使用前经过真空干燥处理，优选经过60～120℃真空干燥处理4～5小时。
[0018]根据本专利技术的实施方案，所述方法包括步骤a)利用CAD/CAE建模软件，按照需求设计模型。
[0019]根据本专利技术的实施方案，所述摆放制品的三维STL数据根据步骤a)设计的模型设置。
[0020]根据本专利技术的实施方案，在激光成型中，激光会优先扫描第一次设定的参数，然后依次按照设定的顺序及工艺条件进行重熔扫描。
[0021]根据本专利技术的实施方案，所述激光选区熔化设备为本领域已知的任一种激光选区
熔化设备。
[0022]本专利技术还提供一种镍钛合金制件的制备方法，包括如下步骤：利用激光，将采用上述优化镍钛合金性能方法处理的样品打印成型于基板上，得到镍钛合金制件。
[0023]根据本专利技术的实施方案，所述打印成型过程中需保证氧气含量≤500ppm(即激光选区熔化设备中氧气传感器显示的氧含量数值≤0.05％)，采用氩气保护，气压保持在10～20mbar。
[0024]根据本专利技术的实施方案，所述基板为NiTi合金基板。
[0025]本专利技术的有益效果
[0026]针对激光选区熔化制造NiTi合金制件的工艺窗口狭窄的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种优化镍钛合金性能的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在激光选区熔化制备镍钛合金过程中，对每一层激光扫描后，再次使用激光在不重新铺粉的情况下重熔该成型层，重熔的次数记为N，N≥1且为整数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：在激光选区熔化设备中摆放制品的三维STL数据，按照需求，首先对第一次激光扫描进行工艺参数的赋值，然后再次使用激光，按需求依次对N次激光重熔进行工艺参数赋值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，第一次激光扫描的工艺条件包括：扫描激光功率(P)为10～95W，光斑直径(d)为30～50μm，扫描速度(v)为250～800mm/s，扫描间距(h)为80～110μm，铺粉层厚(t)为25～30μm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的方法，其特征在于，每次重熔激光扫描采用的工艺参数的能量密度为第一次激光扫描时能量密度的72％～100％，优选75％～100％。5.根据权利要求1
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4任一项所述的方法，其特征在于，每次重熔激光采用的工艺参数可选择的范围包括：激光功率(P)10～95W，光斑直径(d)为30～50μm，扫描速度(v)为250～800mm/s，扫描...

【专利技术属性】
技术研发人员：林锦新，詹建斌，卢衍锦，黄婷婷，
申请(专利权)人：闽都创新实验室，
类型：发明
国别省市：