一种高塑性、高耐磨性的镍基合金电弧增材制造用丝材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高塑性、高耐磨性的镍基合金电弧增材制造用丝材及其制备方法，通过在药芯中联合添加与Inconel625基体具有半共格界面的复合增强颗粒(La2O3与石墨烯纳米片(Graphenenanoplatelets,GNPs))，并采用共振混合技术，促使复合颗粒均匀分布于药芯金属粉末表面，大幅提高了电弧增材制备金属的强度和硬度，在耐磨性大幅提升的同时兼具优异的塑性，抑制了裂纹的形成，解决了现有技术在增加基体强度和耐磨性的同时造成塑性的降低或产生裂纹的问题。生裂纹的问题。生裂纹的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高塑性、高耐磨性的镍基合金电弧增材制造用丝材及其制备方法

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[0001]本专利技术涉及镍基合金丝材，具体涉及一种高塑性、高耐磨性的镍基合金电弧增材制造用丝材及其制备方法。

技术介绍
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[0002]增材制造技术是一种基于三维数字模型的先进制造技术，其短流程、近终形和高能效的特点，使其成为了多学科交叉融合的代表。相比传统制造方式，增材制造更加节约环保，工艺简单，生产周期短。因此，增材制造技术已成为全球先进制造领域中发展最快、技术研究最活跃的学科方向之一。其中，电弧增材制造技术因熔覆效率高、成型尺寸大、设备成熟且可扩展性强等优势，具有广阔的应用前景，尤其在制备大型金属结构材料如铝合金、不锈钢、钛合金、镍基合金等领域获得了应用。
[0003]Inconel625是一种应用广泛的镍基合金，由于其具有优异的抗拉强度、蠕变强度、抗高温氧化能力以及耐腐蚀性能，在航空航天、海洋工程、核电工业等领域得到了广泛应用。但Inconel625结构件的加工程序繁琐、形状复杂、生产成本高，传统成形方法难以制造这种精密构件。相比之下，电弧增材制造工艺非常适用于制造或修复该类具有复杂几何形状且尺寸较大的镍基合金结构件。然而，以Inconel625为原材料的结构件，如燃气轮机部件，在高温等极端环境下需要长时间服役，极易出现磨损、腐蚀、疲劳等失效现象。此外，大量应用场景下需要金属材料具有耐磨性的同时，还需兼具优异的高温强度以及良好的塑性，因此，使用传统的镍基高温合金难以满足相应需求。
[0004]现有研究表明，在镍基合金中加入一些陶瓷颗粒，可以有效提高熔覆金属的耐磨性和强度等综合性能。这是因为陶瓷颗粒具有优异的化学与热力学稳定性，在凝固过程中可钉扎晶界以及位错的移动，细化晶粒。如公开号为CN113059294B的专利技术公布了一种碳化物增强镍基合金焊丝及其制备方法，通过在药芯焊丝中加入了C粉和ZrO2粉，在金属沉积过程中C和ZrO2发生反应，形成锆碳化合物颗粒，这些颗粒能够有效细化熔覆金属的晶粒尺寸，并通过析出强化和细晶强化作用，增强熔覆金属的耐磨性。然而，大量生成的碳化物极易作为裂纹的萌生点，最终导致断裂。公开号为CN108728695A的专利公开了一种TiC、TiB2和Al2O3多相陶瓷颗粒增加镍基高温合金的方法，该方法以40
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100nm粒径的TiC、TiB2和Al2O3复合颗粒作为增强相，制备的镍基高温合金具有良好的高温耐腐蚀性、耐磨损性、高温蠕变性等性能优点，致密度高，显微组织细小，但TiC、TiB2和Al2O3复合颗粒在凝固过程中未能促进等轴晶的形核，在增加镍基合金强度的同时，延伸率有所下降。Olugbenga的“Spark Plasma Sintering of Graphene
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Reinforced Inconel 738LC Alloy:Wear and Corrosion Performance”和Khoele K的“Tribological Behavior of Inconel 718 Nickel
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Based Super Alloy Doped with Graphene Nanoplatelets”的文章指出，在镍基合金中加入纳米级石墨烯，其硬度、抗摩擦磨损和耐腐蚀性能得到明显改善，但是由于基体中引入了C，同样导致其易产生裂纹。
[0005]综合来看，现有技术中公布的Inconel 625合金常通过添加C粉、ZrO2、、TiC等与基体非共格的硬质颗粒，以增强熔覆金属的强度和耐磨性，但在凝固过程中非共格颗粒不能作为液相的形核核心，诱发等轴晶异质形核，导致在增加基体强度和耐磨性的同时造成塑性的降低。且陶瓷颗粒与基体金属粉末的混合方式多采用机械混合法，但陶瓷颗粒和基体间的结合力低，使得上述混合法制备的复合粉末中纳米陶瓷颗粒有一定团聚倾向，常导致在熔覆过程中纳米陶瓷颗粒失效且易产生裂纹。

技术实现思路
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[0006]本专利技术的目的是提供一种高塑性、高耐磨性的镍基合金电弧增材制造用丝材及其制备方法，通过在药芯中联合添加复合增强颗粒(La2O3与石墨烯纳米片(Graphenenanoplatelets,GNPs))，在增强电弧增材制造镍基合金耐磨性的同时，抑制裂纹的形成，解决了现有技术在增加基体强度和耐磨性的同时造成塑性的降低或易产生裂纹的问题。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0008]一种高塑性、高耐磨性的镍基合金电弧增材制造用丝材，由外包的Inconel625带(按总质量百分比为100％计，Inconel625带的化学成分质量分数为：20.0％Cr，8％Mo，4.0％Nb，3.0％Fe，0.05％C，余量为Ni及其他合金元素)及内包的药芯粉末组成，其特征在于，向药芯粉末中添加纳米级La2O3和GNPs颗粒；按总质量百分比为100％计，所述药芯粉末由如下原料组成：Cr20
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26％，Mo7
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10.6％，V0.2
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0.6％，La2O30.25
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0.95％，GNPs0.03
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0.16％，铌铁4
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6％，金红石1
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1.4％，MnO≤0.5％，长石1
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2.8％，莫来石0.4
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1.0％，Ni粉50
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65％，其余为和不影响性能的杂质(如微量的S、P等)；药芯粉末的填充率为15％～25％。
[0009]优选地，所述药芯粉末由如下原料组成：Cr20
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25％，Mo7.8
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10.6％，V0.4％，La2O30.75
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0.95％，GNPs0.088
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0.16％，铌铁4.2
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5％，金红石1.2％，MnO0.3％，长石1.5％，莫来石0.5％，Ni粉54
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63％，余为杂质。
[0010]优选地，丝材直径为1.2mm。
[0011]本专利技术的镍基合金电弧增材制造用丝材中加入了廉价且高温稳定的纳米级La2O3(100
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300nm，平均尺寸200nm)，可以提高镍基熔覆金属的高温性能。同时，加入的La2O3与基体具有半共格界面，可以在液态金属中生成大量的弥散形核质点，提高形核率，促进柱状晶向等轴晶的转变，细化晶粒，在提高熔覆金属强度的同时更容易容纳应变，降低裂纹产生的可能性。石墨烯纳米片(GNPs)是一种二维碳材料，具有较大的比表面积和优异的导热性和耐磨性，沉积过程中石墨烯和镍基体之间可以形成强烈的界面粘结，产生应力转移，减少裂纹的产生。与此同时，GNP可以和基体中的元素反应生成MC碳化物等第二相粒子，大幅增加基体的强度和耐磨性。通过La2O3以及GNPs的联合添加，最终获得兼具高强度、高塑性以及优异的高温耐磨性的细晶Inconel625电弧增材制造结构件。
[0012]药芯粉末添加的长石和金红石作为造渣剂，可起本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高塑性、高耐磨性的镍基合金电弧增材制造用丝材，由外包的Inconel 625带及内包的药芯粉末组成，其特征在于，在药芯粉末中添加纳米级La2O3和GNPs；按总质量百分比为100％计，所述药芯粉末由如下原料组成：Cr 20
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26％，Mo 7
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10.6％，V 0.2
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0.6％，La2O30.25
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0.95％，GNPs 0.03
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0.16％，铌铁4
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6％，金红石1
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1.4％，MnO≤0.5％，长石1
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2.8％，莫来石0.4
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1.0％，Ni粉50
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65％，其余为不影响性能的杂质；药芯粉末的填充率为15％～25％。2.根据权利要求1所述的镍基合金电弧增材制造用丝材，其特征在于，丝材直径为1.2mm。3.根据权利要求1所述的镍基合金电弧增材制造用丝材，其特征在于，所述药芯粉末由如下原料组成：Cr 20
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25％，Mo 7.8
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10.6％，V 0.4％，La2O
3 0.75
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0.9...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹晓东，杨克，潘琳琳，牛犇，易江龙，
申请(专利权)人：广东省科学院中乌焊接研究所，
类型：发明
国别省市：