一种镍基高温合金的高能束熔丝沉积增材制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍基高温合金的高能束熔丝沉积增材制备方法，以及与之相应的适用于增材制造的镍基高温合金药芯焊丝的制备方法。本发明专利技术的方案具体为，一种镍基高温合金的高能束熔丝沉积增材制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：1）药芯焊丝成型；2）高能束熔丝沉积增材制备。本发明专利技术通过制作属药芯焊丝利用纯镍皮以及各个合金元素的粉末混合添加而制成，其中Nb、Ti、Al、Ta等元素均是促进形成γ'相的主要元素，可以增强镍基合金的高温性能，铬的加入可以使镍基合金的耐蚀性和抗氧化性得到明显改善，且金属药芯焊丝拥有成分可变的优势，而基于丝材的高能束熔丝沉积增材制造镍基合金相对于熔粉增材制造具有高效率、低成本的优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种镍基高温合金的高能束熔丝沉积增材制备方法


[0001]本专利技术涉及高能束制造镍基高温合金的方法，尤其是涉及一种镍基高温合金的高能束熔丝沉积增材制备方法。

技术介绍

[0002]镍基高温合金是一种在高温条件下具有高强度、抗氧化能力好、蠕变强度和持久强度好以及抗燃气腐蚀能力的材料，被广泛应用于航空航天领域、汽车通讯领域、船舶制造领域等。对于镍基高温合金，起到主要强化作用的是γ
′
相，在一定范围内，γ'
‑
Ni3(Al，Ti)沉淀相的含量与高温强度基本呈正比。由于Nb、Ti、Al、Ta等元素是形成γ'相的主要元素，因此向镍基高温合金中添加这些元素可以提高γ'相的比例，从而提高合金的高温强度，是改进镍基高温合金的主要方向。
[0003]而镍基高温合金零件的传统制造技术以铸造和粉末冶金为主，其生产周期长、工序繁琐，并且由于镍基高温合金的特性，属于比较难以加工成形的金属，在采用传统的工艺手段对其进行加工成形时，对刀具的要求非常高。对于复杂外形或内腔的金属零部件，传统的方法具有很大的局限性。而高能束增材制造技术、特别是激光增材制造因其周期短、材料利用率高、性能优异等特点，在镍基高温合金零部件的制造上具有得天独厚的优势。
[0004]目前镍基高温合金仍以激光熔粉增材制造为主，其能实现制备的零部件结构相对复杂，精度也相对较高，但成型零部件的尺寸较小。近年来围绕镍基合金激光熔丝增材制造也开展一些研究，利用激光熔丝增材制造材料成型效率高、速度快的特点，其在成型一些大型零部件具有巨大的应用潜力。但由于丝材制备难度远高于粉末材料，丝材缺乏是镍基合金激光熔丝沉积增材制造的主要问题之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提供一种镍基高温合金的高能束熔丝沉积增材制备方法，以及与之相应的适用于增材制造的镍基高温合金药芯焊丝的制备方法。
[0006]本专利技术的方案具体为，一种镍基高温合金的高能束熔丝沉积增材制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：1）药芯焊丝成型；2）高能束熔丝沉积增材制备；其中，所述药芯焊丝成型包括，（1）根据所述药芯焊丝的成分要求，以及药芯、药皮的材料组成和比例关系，配置合金粉末，并随后将合金粉末置于高能球磨装置中混合均匀；其中，药皮的材料为纯镍带，药芯的材料包括铬粉、铌粉、铁粉、钨粉、钼粉、钽粉和钛铝粉TiAl40；（2）将所述纯镍带轧弯成U形，并向U形槽内加入所述合金粉末，调整填充率为40%，随后采用合口辊逐步封闭焊丝接口，直至焊丝截面变成封闭的O形；（3）对焊丝进行多道次拉拔减径，最终制成直径为1.6mm的O形截面药芯焊丝；
其中，所述高能束熔丝沉积是激光熔丝沉积、电子束熔丝沉积、电弧熔丝沉积的至少一种。
[0007]进一步优选的，所述药芯焊丝的成分为，按质量百分比计，包括，10.0~12.0%Cr；7.0~9.0%Nb；6.0~8.0%TiAl40；3.0~4.0%Fe；4.0~5.0%W；2.0~3.0%Mo；1.0~2.0%Ta；余量的Ni。
[0008]进一步优选的，所述合金粉末为球形粉末，粒径为50~100μm。
[0009]进一步优选的，所述多道次拉拔减径的每道次减径量为0.2mm。
[0010]进一步优选的，所述高能束熔丝沉积是激光熔丝沉积，所述激光为环列式排布，药芯焊丝垂直向下送给；总激光功率为2.0~6.0kW，扫描速度400~800mm/min，送丝速度0.9~2.1mm/min，光斑直径2.5mm。
[0011]进一步优选的，所述高能束熔丝沉积是电子束熔丝沉积，采用椭圆扫描模式，扫描频率是450Hz，扫描幅值分别是沿加工方向2mm，沿横截面方向4mm，加速电压为30~60KV，电子束流为50~150mA，送丝速度为500~900mm/min，运动速度为5~15mm/s；丝材与基板夹角为35~40
°
，丝材与基板上表面的距离为0.6~1.8mm，干伸长度为6~12mm。
[0012]进一步优选的，所述高能束熔丝沉积是电弧熔丝沉积，所述电弧熔丝沉积采用氦气和氩气为混合保护气体，焊接电流为140~160A，电压为14~16V，送丝速度1.5～3.5m/min，焊接速度0.5~0.6cm/s。
[0013]进一步优选的，所述电弧熔丝沉积利用红外线测温仪对增材块体试样进行测温，并将相应的数据传送给控制器，控制器根据相应的数据实时调节输出氦气和氩气的输出速率，改变熔池的流动性，对沉积层间的热输入量进行调节，调节沉积层间的温度。
[0014]进一步优选的，在所述高能束熔丝沉积过程中，采用氦气和氩气双保护气流进行沉积，同时利用红外线测温仪对增材块体试样进行测温，并将相应的数据传送给控制器，控制器根据相应的数据实时调节输出氦气和氩气的输出速率，改变熔池的流动性，对沉积层间的热输入量进行调节，调节沉积层间的温度。
[0015]进一步优选的，所述氦气和氩气双保护气流的流量为9~35 L/min。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：第一，本专利技术通过制作属药芯焊丝利用纯镍皮以及各个合金元素的粉末混合添加而制成，其中Nb、Ti、Al、Ta等元素均是促进形成γ'相的主要元素，可以增强镍基合金的高温性能，铬的加入可以使镍基合金的耐蚀性和抗氧化性得到明显改善，且金属药芯焊丝拥有成分可变的优势，而基于丝材的高能束熔丝沉积增材制造镍基合金相对于熔粉增材制造具有高效率、低成本的优点。
[0017]第二，本专利技术对镍基高温合金的成分设计做了调整和改进，合金元素的种类和含量对镍基高温合金的组织和性能都有着十分显著的影响，通过对合金的成分的调整，可获得更高的性能。
[0018]第三，本专利技术中适用于激光束、电子束、电弧等高能束熔化沉积，并针对不同高能束特点，开发了适于药芯焊丝的具体工艺。
附图说明
[0019]图1为本专利技术药芯焊丝成型工艺流程图。
[0020]图2为本专利技术激光熔丝沉积扫描示意图。
[0021]图3和图4为本专利技术激光熔丝沉积合金的组织形貌照片。
[0022]图5为本专利技术电子束熔丝沉积扫描示意图。
具体实施方式
[0023]以下将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行描述。
[0024]本专利技术主要包括以下几个步骤：1. 药芯焊丝成型；2. 高能束熔丝沉积增材制造镍基合金；1. 药芯焊丝成型过程:药芯焊丝包括药皮和药芯，其中药皮为占总质量60％的纯镍带，药芯为铬、铌、铁、钨、钼、钽的金属单质粉末以及牌号为TiAl40的合金粉末（这里考虑到纯Al粉较易发生爆炸，用TiAl合金粉末在混粉过程中相对更为安全，故优选TiAl40）的混合物，内部混合粉末的填充率为40％（填充率指的是每单位长度药芯焊丝药粉重量与总重量的比率），其中混合粉末的质量百分比如下：铬粉30％，铌粉20％、铁粉10％、钨粉10％、钼粉5％、钽粉5％，余量为TiAl40合金粉末。金属药芯焊丝利用纯镍皮以及各个合金元素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金的高能束熔丝沉积增材制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：1）药芯焊丝成型；2）高能束熔丝沉积增材制备；其中，所述药芯焊丝成型包括，（1）根据所述药芯焊丝的成分要求，以及药芯、药皮的材料组成和比例关系，配置合金粉末，并随后将合金粉末置于高能球磨装置中混合均匀；其中，药皮的材料为纯镍带，药芯的材料包括铬粉、铌粉、铁粉、钨粉、钼粉、钽粉和钛铝粉TiAl40；（2）将所述纯镍带轧弯成U形，并向U形槽内加入所述合金粉末，调整填充率为40%，随后采用合口辊逐步封闭焊丝接口，直至焊丝截面变成封闭的O形；（3）对焊丝进行多道次拉拔减径，最终制成直径为1.6mm的O形截面药芯焊丝；其中，所述高能束熔丝沉积是激光熔丝沉积、电子束熔丝沉积、电弧熔丝沉积的至少一种。2.根据权利要求1所述的镍基高温合金的高能束熔丝沉积增材制备方法，其特征在于，所述药芯焊丝的成分为，按质量百分比计，包括，10.0~12.0%Cr；7.0~9.0%Nb；6.0~8.0%TiAl40；3.0~4.0%Fe；4.0~5.0%W；2.0~3.0%Mo；1.0~2.0%Ta；余量的Ni。3.根据权利要求1所述的镍基高温合金的高能束熔丝沉积增材制备方法，其特征在于，所述合金粉末为球形粉末，粒径为50~100μm。4.根据权利要求1所述的镍基高温合金的高能束熔丝沉积增材制备方法，其特征在于，所述多道次拉拔减径的每道次减径量为0.2mm。5.根据权利要求1所述的镍基高温合金的高能束熔丝沉积增材制备方法，其特征在于，所述高能束熔丝沉积是激光熔丝沉积，所述激光为环列式排布，药芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：北京煜鼎增材制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：