一种耐腐蚀、高过滤的高温镍基合金多级过滤器制备方法技术

本发明专利技术涉及增材制造技术领域，特别涉及一种耐腐蚀、高过滤的高温镍基合金多级过滤器制备方法。制备工艺选用激光选区熔化工艺得到螺旋梯度多孔结构材料，螺旋梯度多孔结构的孔隙大小由上往下递减，每层孔洞直径尺寸递减率为x（x＜100%），每层孔洞与上一层偏移率为y（0%＜y＜1

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀、高过滤的高温镍基合金多级过滤器制备方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，特别涉及一种耐腐蚀、高过滤的高温镍基合金多级过滤器制备方法。

技术介绍

[0002]多孔金属材料是一种内部具有贯通的孔隙结构的功能性材料。它不仅延续了金属材料的高强度、高韧性，还具有高孔隙率、高透气性、耐高温、耐腐蚀、相对密度低、高比表面积等特点，被广泛应用于航空航天、石油化工、节能环保、生物医药等行业的过滤、分离、消音减振、阻燃防爆等领域。近年来，随着社会的发展，各领域对金属多孔材料的需求越来越多，金属多孔材料对社会的发展，人类的进步起着不可替代的作用。梯度多孔金属材料由于其过滤孔隙大小具有梯度变化特征，可高效过滤不同粒径的烟尘，因此在过滤领域的应用较为广泛，如高温烟气除尘、食品行业、医用生物和燃料电池领域。在高温烟气除尘领域，国外一些公司（如德国舒马赫公司、美国西屋公司、日本的建材玻璃公司等）研制的梯度多孔陶瓷过滤器除尘率都可达到99%以上。
[0003]激光选区熔化成形(Selective laser melting, SLM)技术作为金属增材制造领域的代表性技术之一，具有直接成形复杂金属梯度多孔结构的能力。目前的梯度多孔结构大多通过SLM技术直接成形制备。然而，SLM技术受限于其工艺约束条件（光斑尺寸、台阶效应、粉末粘附等），其最小成形特征通常不小于0.2~0.5 mm。因此，通过SLM技术直接成形的金属梯度多孔结构通常只能过滤毫米级尺寸的烟尘，无法对微米级和纳米级的烟尘进行有效过滤。此外，通过SLM直接成形的梯度多孔结构通常仅包含单一成分比例，且SLM成形的激光参数一致导致耐腐蚀性与强度的单一性，无法满足复杂服役环境下的多功能需求，例如结构的不同位置具有不同的耐腐蚀性与强度要求。
[0004]因此，本方法基于激光选区熔化技术(SLM)与后热处理技术，提出一种耐腐蚀、高过滤的高温镍基合金多级过滤器制备方法，在保证原有过滤效果的基础上，大大提高了结构的耐腐蚀性和过滤能力，适合应用于工业推广。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种耐腐蚀、高过滤的高温镍基合金多级过滤器制备方法，通过在相关的工艺及原料改进下，对于气体循环净化多孔结构材料的抗腐蚀能力和过滤效果具有良好的增益效果。
[0006]本方法的重点：1、产品呈现出螺旋、梯度的多孔型结构材料，上下两层的孔洞存在不断地偏移叠加结构，偏移叠加的目的是不断提高材料的过滤效果，提高材料的过滤能级，梯度型结构也避免聚集性小孔造成的堵塞情况；2、在一定范围内对梯度多孔结构不同位置的组分进行调整，并采用激光工艺参数调整镍基高温合金的微观组织与相析出状态，以调控梯度多孔结构不同位置的耐腐蚀性与强度，满足复杂服役环境的多功能需求，实现成本、性能和需求三方面的有效平衡；3、在镍基合金表面制备石墨烯薄层，利用的是镍与碳的较
高的高温固溶性能，而在急冷的状态下，大量的碳会在镍基合金表面析出形成薄薄的石墨烯层，以提高耐磨和耐腐蚀性能。
[0007]本专利技术涉及的一种耐腐蚀、高过滤的高温镍基合金多级过滤器制备方法的具体实施方案如下:S1.按质量比例配置多孔合金原料；高强度多孔合金原料包括:Cr，Ni，Mo，Al，Ti，Y2O3，Ta，Cu，TiC，Mn，Si，C，余量为Fe；Cr:16.5
‑
22.5％，Ni:50
‑
55％，Mo:2.5
‑
3.5％，Al:0.2
‑
0.8％，Ti:0.6
‑
1.5％，Y2O3:0.3
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0.6％，Ta:1.5
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3.5％，Cu:0.05
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0.1％，TiC:0.8
‑
1.5％，Mn:0.15
‑
0.35％，Si:0.15
‑
0.35％，C:0.02
‑
0.08％，P≤0.02％，S≤0.02％，其余为Fe；中耐腐蚀多孔合金原料包括:Cr，Ni，Mo，Al，Ti，Ta，Cu，Mn，Si，C，余量为Fe；Cr:16.5
‑
22.5％，Ni:50
‑
55％，Mo:2.5
‑
3.5％，Al:0.2
‑
0.8％，Ti:0.6
‑
1.5％，Ta:1.5
‑
3.5％，Cu:0.05
‑
0.1％，Mn:0.15
‑
0.35％，Si:0.15
‑
0.35％，C:0.02
‑
0.08％，P≤0.02％，S≤0.02％，其余为Fe；高耐腐蚀多孔合金原料包括:Cr，Ni，Mo，Al，Ti，Nb，Ta，Cu，Co，Mn，Si，C，余量为Fe；Cr:16.5
‑
22.5％，Ni:50
‑
55％，Mo:2.5
‑
3.5％，Al:0.2
‑
0.8％，Ti:0.6
‑
1.5％，Nb:0.1
‑
0.5％，Ta:1.5
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3.5％，Cu:0.05
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0.1％，Co:0.3
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1％，Mn:0.15
‑
0.35％，Si:0.15
‑
0.35％，C:0.02
‑
0.08％，P≤0.02％，S≤0.02％，其余为Fe；S2.通过三维模型设计、粉末烘干、基板预热、真空处理、激光选区熔化、表面处理得到螺旋梯度多孔合金粗胚；三维模型设计：螺旋梯度多孔结构由多层不同孔隙大小的单胞结构组成，层间可以根据设计需要而保持或调整单胞的类型、尺寸，同时螺旋梯度多孔结构的孔隙大小由上往下递减，每层孔洞直径尺寸递减率为x（x＜100%），每层孔洞与上一层偏移率为y（0%＜y＜1
‑
x）；其中螺旋梯度多孔合金粗胚孔径呈纵向分布，孔径尺寸呈梯度变化，上端最大孔径2
‑
7 mm，下端最小孔径为0.4
‑
1.0 mm，每层的孔隙率保持一致，单层和整体孔隙率均为30
‑
40%；粉末烘干：将球磨后粉体进行烘干处理，温度为60
‑
90 ℃；导入设备参数：对三维设计的螺旋梯度多孔结构模型进行切片、路径规划，并将切片数据导入激光选区熔化成形设备的控制软件；基板预热：选取与多孔合金热膨胀系数相差不大的材料作为基板材料并进行预热，预热温度为100
‑
300 ℃；真空处理：对设备真空室进行抽真空处理，待真空度达到10
‑3‑
10
‑2Pa后通入高纯氩气到0.1 MPa，之后再进行抽真空处理，如此往复三次；激光选区熔化成形：设定成形过程的层厚为25
‑
35 μm，设置激光功率为150
‑
240 W，激光扫描速度在600
‑
1500 mm/s，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
℃，保温时间20
‑
60 min。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，碳固溶
‑
析出...

【专利技术属性】
技术研发人员：王迪，刘振宇，刘林青，骆婉婷，李扬，黄焱明，唐锦荣，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：