一种激光直接能量沉积制备Inconel718镍基合金薄壁件的方法技术

本发明专利技术公开一种激光直接能量沉积制备Inconel718镍基合金薄壁件的方法，属于镍基高温合金件制备技术领域。本发明专利技术建立Inconel718合金材料三维数据模型，对三维数据模型进行切片分层，并规划激光扫描路径；通过优化工艺参数，在Inconel718合金粉末中添加钛元素，利用成分变化分析Inconel718合金的组织变化与性能。再进行激光直接能量沉积成形，打印形成Inconel718镍基合金壳体件。激光直接能量沉积设备根据激光扫描路径进行激光直接能量沉积成形，粉末经快速熔化和快速凝固过程形成均质壳体材料，在Inconel718合金粉末中添加钛元素，成分变化为Ti

【技术实现步骤摘要】
一种激光直接能量沉积制备Inconel718镍基合金薄壁件的方法


[0001]本专利技术涉及一种激光直接能量沉积制备Inconel718镍基合金薄壁件的方法，属于镍基高温合金材料制备


技术介绍

[0002]激光直接能量沉积技术的研究属于新工艺领域，尽管有关的理论和试验性质的研究很多，但这项技术并未在实际工业生产中得到广泛的应用，研制激光直接能量沉积相关的专用合金越来越受到关注；传统制备与成形高温合金材料的熔铸法、粉末冶金等方法，要么存在因宏观偏析和微观偏析导致的高温合金材料中增强相分布不均匀，要么存在成形周期长等问题；微型尺寸的镍基合金壳体件成形困难，很大程度上限制了高温合金材料的生产应用。
[0003]金属增材制造技术的出现和快速发展，为成形复合材料提供了新的途径；然而，现有沉积成形高温合金材料技术通过选区激光熔化方法，由于工艺参数不稳定，这种方法存在微型复杂结构尺寸零件引起原材料利用率的问题，大大增加了粉末成本，以及产品性能质量不足。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中镍基合金微型复杂结构件制备的问题，提供一种激光直接能量沉积制备Inconel718微型复杂构型镍基合金薄壁件的方法，添加新的少量元素，同时又使新开发的Inconel 718合金保持原来合金可锻性、可焊性和低成本的优势，通过调整Ti成分比例来优化合金成分，实现调控组织结构的目的，以改善合金使用性能，提高合金服役温度和组织稳定性。
[0005]本专利技术采用激光直接能量沉积制备壳体镍基合金Inconel718制备镍基高温合金材料，即微小激光熔池在三维空间的无限堆积，合金粉末在激光束作用下发生原位化学反应从而生成高温合金材料中所需的增强相，由于微小激光熔池快速熔化和快速凝固过程，基本不会出现明显的宏观偏析和微观偏析现象，有利于高温合金材料的制备与成形。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现，一种激光直接能量沉积制备Inconel718微型复杂构型镍基合金薄壁件的方法，具体步骤如下：
[0007](1)对304不锈钢合金板材进行预处理：打磨，清洗，干燥后备用。
[0008](2)采用高能球磨法制备复合粉末，将Inconel718粉末与Ti粉放入球磨机进行球磨混粉，成分变化为Ti
0.1
，Ti
0.3
，Ti
0.5
。
[0009](3)通过霍尔流速仪测量粉末的流动性，并利用真空干燥箱对合金粉末进行干燥处理。
[0010](4)建立合金材料激光直接能量沉积的三维数据模型，对三维数据模型进行切片分层，并规划激光扫描路径。
[0011](5)将添加Ti元素的粉末置于激光直接能量沉积设备的送粉器储存罐，通过送粉器并经环形激光同轴送粉喷头送出，激光加工前设置好工艺参数，设定程序，通过电脑完成模型，输送完成后开始加工，同时激光直接能量沉积设备根据激光扫描路径进行扫描粉末；激光直接能量沉积设备根据激光扫描路径进行扫描合金粉末，粉末经快速熔化和快速凝固过程形成微型薄壁壳体镍基合金件。
[0012]优选的，本专利技术利用砂纸打磨304不锈钢板材，去除表面氧化膜，将打磨后的不锈钢合金板材用水冲洗，并放入无水乙醇中用酒精清洗，去除表面残存的油污及杂质；清洗完毕后，在自然环境下干燥。
[0013]优选的，本专利技术步骤(2)中Ti粉成分变化为Ti
0.1
，Ti
0.3
，Ti
0.5
；Inconel718粉末粒径为50
‑
105μm的球形粉末，钛粉粒径为50
‑
105μm的球形粉末。
[0014]优选的，本专利技术步骤(2)中行星式球磨机转速300r/min，球磨时间8h。
[0015]优选的，本专利技术步骤(4)采用的激光定向能量沉积激光器为光纤激光器，激光功率最大为4.0kW。
[0016]优选的，本专利技术步骤(5)激光波长为1086nm，激光功率为1～4.0kW，激光扫描速度为0.005m/s
‑
0.02m/s；层厚为0.1
‑
10mm，保护气氛为氮气、氩气和氦气中的一种或两种。
[0017]优选的，本专利技术保护气体的流量为12～20L/h。
[0018]优选的，本专利技术送粉器为载气式送粉器。
[0019]激光直接能量沉积制备Inconel718微型复杂构型镍基合金薄壁件的原理：在成形过程中，利用粉末在激光作用下发生燃烧反应时放出的大量热，能够提高成形过程中的热输入，实现粉末在激光成形过程中的有效熔化，减少粉末未熔合、孔隙等缺陷的产生，争取使其成为合金主要强化相来保证合金的强韧性和高温组织稳定性，从而使合金材料不仅具有优异的力学性能，又具有良好的表面质量。在快速凝固条件下，最大限度地避免了熔池凝固过程中的元素偏析现象，成形出镍基合金微型复杂构型壳体件。
[0020]激光直接能量沉积制备I ncone l 718微型复杂构型镍基合金薄壁件的原理：在成形过程中，利用粉末在激光作用下发生燃烧反应时放出的大量热，能够提高成形过程中的热输入，实现粉末在激光成形过程中的有效熔化，减少粉末未熔合、孔隙等缺陷的产生，争取使其成为合金主要强化相来保证合金的强韧性和高温组织稳定性，从而使合金材料不仅具有优异的力学性能，又具有良好的表面质量；在快速凝固条件下，最大限度地避免了熔池凝固过程中的元素偏析现象，成形出镍基合金微型复杂构型壳体件。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022](1)本专利技术激光直接能量沉积成形的方法，粉末在激光快速熔融下加工，提高了激光制备与成形过程中熔池的热输入，使熔池内的温度场分布更为均匀，减少复合材料缺陷的产生；争取使其成为合金主要强化相来保证合金的强韧性和高温组织稳定性。
[0023](2)本专利技术克服了传统的合金材料制备与成形过程中出现的问题，在Inconel 718合金粉末中添加Ti元素，利用成分变化分析Inconel 718合金的组织变化与性能；成形镍基合金微型复杂构型薄壁件，成形的复合材料综合性能得到显著提升。
[0024](3)本专利技术激光加热反应在微小熔池内的有限空间内进行，在快速凝固条件下，最大限度地避免了熔池凝固过程中的元素偏析现象，合金主要强化相来保证合金的强韧性和高温组织稳定性。
[0025](4)本专利技术Inconel718工程应力可达907MPa，延伸率达36.5％，合金表面硬度可达340HV。
附图说明
[0026]图1为实施例1激光直接能量沉积成形合金材料的送工艺流程图；
[0027]图2为实施例1制得的合金试验样品的金相显微组织图；
[0028]图3为实施例1制得的合金试验样品组织的SEM显微图；
[0029]图4为实施例1制得的合金试验样品拉伸断口的SEM显微图；
[0030]图5为实施例1制得的合金试验样品的X射线衍射图谱。
具体实施方式
[0031本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光直接能量沉积制备Inconel718镍基合金薄壁件的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)对304不锈钢合金板材进行预处理：打磨，清洗，干燥后备用；(2)采用高能球磨法制备复合粉末将Inconel718粉末与Ti粉放入球磨机进行球磨混粉，成分变化为Ti
0.1
，Ti
0.3
，Ti
0.5
；(3)通过霍尔流速仪测量粉末的流动性，并利用真空干燥箱对合金粉末进行干燥处理；(4)建立合金材料激光直接能量沉积的三维数据模型，对三维数据模型进行切片分层，并规划激光扫描路径；(5)将添加Ti元素的粉末置于激光直接能量沉积设备的送粉器储存罐，通过送粉器并经环形激光同轴送粉喷头送出，同时激光直接能量沉积设备根据激光扫描路径进行扫描粉末；激光直接能量沉积设备根据激光扫描路径进行扫描合金粉末，粉末经快速熔化和快速凝固过程形成微型薄壁壳体镍基合金件。2.根据权利要求1所述激光直接能量沉积制备Inconel718镍基合金薄壁件的方法，其特征在于，步骤(1)的具体步骤为：利用砂纸打磨304不锈钢板材，去除表面氧化膜，将打磨后的不锈钢合金板材用水冲洗，并放入无水乙醇中用酒精清洗，去除表面残存的油污及杂质；清洗完毕后，在自然环境下干燥。3.根据权利要求1所述激光直接能量沉积制备Inconel718镍基合金薄壁件的方法，其特征在于：步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：易健宏，梁善清，李凤仙，刘意春，方东，陶静梅，李才巨，鲍瑞，刘亮，冯中学，谈松林，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：