抗裂纹镍基高温合金粉末的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种抗裂纹镍基高温合金粉末的制备方法，将镍基高温合金粉末与碳化物粉末按照98.5~99.5:0.5~1.5的质量比，装入高速犁刀混合器中混合；所述高速犁刀混合器转动4~8min后停止25~60min，反复2~4次，获得所述抗裂纹镍基高温合金粉末；所述高速犁刀混合器的犁刀转速是1000

【技术实现步骤摘要】
抗裂纹镍基高温合金粉末的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及粉末冶金领域，尤其涉及一种抗裂纹镍基高温合金粉末的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]镍基高温合金凭借其在高温下出色的机械性能和抗氧化性，被广泛应用于用于结构或工程应用，例如航空发动机的热端部件低压涡轮和燃烧室；但是，高温合金也因其高硬度和高强度的特性，难以使用传统的铸造、锻造和焊接等加工方式加工成型。
[0003]激光成形技术，如选区激光熔化技术（SLM），是一种基于金属粉末加工的先进制造技术，是一种制备复杂结构部件的成形技术；该技术具有极大的设计灵活性，有利于实现高性能产品的定制。但是，在激光成形过程中会产生高温熔池，在高温熔池凝固过程中存在高热梯度、高冷却速率和复杂的热循环现象；由于高温熔池内陡峭的热梯度会导致外延晶粒生长，从而形成粗大的柱状晶粒和强烈的织构取向，最终能导致被加工部件的机械性能产生各向异性；在激光沉积期间，构建区内部的不均匀热分布和高冷却速率会导致较高的内部应力；热应力和粗大柱状晶体交织在一起，极易导致高强度镍基高温合金材料产生裂纹。
[0004]现有技术中，解决镍基合金激光成形过程中的热裂纹问题，在熔炼过程中调整合金成分，例如：增加固溶强化、析出强化合金元素比例，如专利文献CN202110345498.5一种无裂纹镍基高温合金及其成分设计方法和制备方法，其通过提高GH3536合金中固溶元素的含量，并对GH3536合金进行改性，更充分地利用激光选区熔化成形技术的快速凝固效果，可显著提高GH3536合金的强度，同时克服传统镍基高温合金在激光选区熔化成形过程中的微裂纹缺陷；但是采用激光选区熔化对该混合合金粉末进行成形过程中，元素烧损为结果增加了不确定性。
[0005]球磨工艺也被广泛应用与合金粉末加工领域中，例如：CN201911326194.3，公开了一种用于激光熔覆的复合粉及其制备方法，通过球磨方式将纳米级碳化物参钴粉末均匀地包覆在微米级低碳钢或镍基合金球形粉末的表面上；但是球磨过程，会造成粉末加工硬化，且在生产制备的合金粉末中会引入球磨混料球上剥落的杂质。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的是提供的抗裂纹镍基高温合金粉末的制备方法及其应用，可以制备出能精确调控合金元素含量的抗裂纹镍基高温合金粉末。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所提供的抗裂纹镍基高温合金的制备方法及抗裂纹镍基高温合金的应用采用如下技术方案：一种抗裂纹镍基高温合金粉末的制备方法，将镍基高温合金粉末与碳化物粉末按照98.5~99.5:0.5~1.5的质量比，装入高速犁刀混合器中混合；所述高速犁刀混合器转动4~8min后停止25~60min，反复2~4次，获得所述抗裂纹镍基高温合金粉末；所述高速犁刀混合器的犁刀转速是1000
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3000r/min。
[0008]本专利技术的有益效果，由于镍基高温合金体系中合金元素众多、沸点不一，在前期铸锭熔炼或气雾化制粉过程中引入碳化物等强化元素不可避免会造成元素烧损，且熔融液相中原位生成的目标强化相难以精准调控含量；本专利技术在镍基高温合金粉末制备好后，添加的碳化物，相对于现有技术不需要经过熔炼高温，避免了元素烧损，可以达到精确调控元素含量的目的。且本专利技术采用高速犁刀混合器混料，可以将碳化物细晶剂均匀地弥散在镍基高温合金基体中，进而在后续增材制造过程中充分发挥其促进超细晶结构生成，达到消除热裂纹的目的。
[0009]本专利技术添加的碳化物中的C、Cr、V以及Zr元素也包含在原始镍基高温合金中，不会在原始合金中引入过多的外添加元素导致原有成分体系造成破坏，能够在不牺牲合金固有元素强化作用的前提下改善性能。本专利技术在原始粉末后处理流程中进行成分改性，相对于现有技术不涉及高温熔炼流程，根据应用需求，灵活调控镍基高温合金粉末体系中细晶碳化物的含量，加工过程简单，混料批量大，适合大规模工业化生产。本专利技术通过引入纳米级碳化物细晶剂诱导激光成形过程中镍基合金晶粒细化，其细晶剂本身也可均匀分散在基质中起到弥散强化作用，对熔池凝固过程中的裂纹生长和扩展起到了双重阻碍效果。
[0010]本专利技术选取高速犁刀混合器的混合效果优于常规的高能球磨过程，不会造成粉末造成加工硬化现象，且不会引入混料球上剥落的杂质，可保证细晶剂均匀弥散分布到镍基高温合金粉末上。可选的，所述碳化物粉末是Cr3C2、VC、ZrC粉末中的一种或两种以上的混合。可选的，所述碳化物粉末粒度1μm~5μm。
[0011]可选的，所述镍基高温合金粉末通过雾化气体制备，所述雾化气体是惰性气体，气体压力是10~20Mpa；所述镍基高温合金粉末粒度范围是0~63μm，氧含量150~350ppm。
[0012]可选的，所述获得所述抗裂纹镍基高温合金粉末后，移入真空干燥箱中干燥，所述干燥温度80~105℃。
[0013]可选的，所述高速犁刀混合器的装载量为1~5T。
[0014]可选的，所述高速犁刀混合器将搅拌腔底部的粉末自下而上翻滚反复做倾泻运动。
[0015]抗裂纹镍基高温合金粉末用于增材制造的方法，将所述抗裂纹镍基高温合金粉末置于激光成形设备的粉末仓内，用于增材制造。
[0016]可选的，所述激光成形设备是激光选区熔化设备时，打印参数为：扫描间距35~45μm，基板预热温度90~110℃，铺粉厚度25~35μm，激光功率35~40W，扫描速度800~1000mms。
[0017]可选的，所述激光成形设备是激光熔覆或激光金属沉积设备时，工艺参数为：激光功率2000~3000W，线速度1~30m/min、送粉量20~30g/min，惰性气体保护，载粉气流量6~10L/min，搭接率40%~60%。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例一制备的抗裂纹镍基高温合金粉末1000X的扫描电镜图；图2是本专利技术实施例一制备的抗裂纹镍基高温合金粉末放入激光选区熔化设备内打印试样及打印试样1000X扫描电镜图；图3是标准
ϕ
5拉伸试棒图；
图4是本专利技术实施例一制备的抗裂纹镍基高温合金粉末加工的标准拉伸试棒与原始镍基高温合金粉末制造的标准拉伸试棒的应变力测试对比图；图5是本专利技术实施例一制备的抗裂纹GH3230合金粉末加工的工件100X光镜图（a）和原始GH3230合金粉末加工的工件200X光镜图（b）；图6是专利技术实施例二制备的抗裂纹K418合金粉末加工的工件200X光镜图（a）和原始K418合金粉末加工的工件200X光镜图（b）；图7是专利技术实施例三制备的抗裂纹K418B合金粉末加工的工件200X光镜图（a）和原始GH4169合金粉末加工的工件200X光镜图（b）；图8是本专利技术实施例四制备的抗裂纹GH3230合金粉末加工的工件100X光镜图；图9是本专利技术实施例五制备的抗裂纹GH3230合金粉末加工的工件100X光镜图；图10是对比例一制备的抗裂纹GH3230合金粉末加工的工件100X光镜图；图11是对比例二制备的抗裂纹GH3230合金粉末加工的工件100X光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗裂纹镍基高温合金粉末的制备方法，其特征在于，将镍基高温合金粉末与碳化物粉末按照98.5~99.5:0. 5~1.5的质量比，装入高速犁刀混合器中混合；所述高速犁刀混合器转动4~8min后停止25~60min，反复2~4次，获得所述抗裂纹镍基高温合金粉末；所述高速犁刀混合器的犁刀转速是1000
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3000r/min。2.根据权利要求1所述的抗裂纹镍基高温合金粉末的制备方法，其特征在于，所述碳化物粉末是Cr3C2、VC、ZrC粉末中的一种或两种以上的混合。3.根据权利要求2所述的抗裂纹镍基高温合金粉末的制备方法，其特征在于，所述碳化物粉末粒度0.2μm~10μm。4.根据权利要求1所述的抗裂纹镍基高温合金粉末的制备方法，其特征在于，所述镍基高温合金粉末通过雾化气体制备，所述雾化气体是惰性气体，气体压力是10~20Mpa；所述镍基高温合金粉末粒度范围是0~63μm，氧含量150~350ppm。5.根据权利要求1所述的抗裂纹镍基高温合金粉末的制备方法，其特征在于，获得所述抗裂纹镍基高温合金粉末后，移入真空干燥箱中干燥，所述干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淼辉，葛学元，汪豪杰，张楠，范斌，张平，
申请(专利权)人：中机新材料研究院郑州有限公司，
类型：发明
国别省市：