【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属增材制造领域，涉及用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料及制备方法。
技术介绍
1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、激光粉末床熔融(laser powder bed fusion，lpbf)技术是激光增材制造(additive manufacturing，am)技术的重要分支。基于分层制造、层层累加的成形原理，lpbf技术可以利用软件将零件三维模型分层切片，利用聚焦激光束逐层选择性地熔合粉末颗粒，直接获得高性能、高致密度的金属零件。lpbf技术成形过程中的超高自由度，使其可以实现具有任意复杂三维结构的零部件的一体化成形，且基本无需后续加工。目前为止，lpbf技术成功制备了包括钢、钛合金、铝合金及高温合金在内的多种材质的零部件，并广泛应用于航空航天、交通运输、国防及生物医药等领域。近年来镍基高温合金在lpbf成形领域得到了广泛关注。镍基高温合金是一种基于cr20ni80合金发展起来的，可在600℃以上高温、复杂应力环境长期可靠工作，主要用于制造航空航天、船舰发动机的关键热端部件的材料。镍基高温合金按强化方式可分为固溶强化型合金和沉淀强化型合金，其中沉淀强化型合金根据沉淀相不同，又可以分为γ'相(γ'-ni3al/ni3ti/ni3(al,ti))强化合金及γ”相(γ'-ni3nb)强化合金。在最佳合金添加剂和热处理情况下，沉淀强化合金抗拉强度可以超过1380mpa，远超固溶
3、与传统铸造工艺不同，lpbf成形过程中熔池内温度梯度高、冷却速率快，合金粉末要经历高能量密度热源剧烈、非稳态、周期性循环加热和冷却等超常冶金过程，易产生热应力、相变组织应力，导致成形件易产生孔隙、裂纹等缺陷。对于lpbf成形镍基高温合金而言，成形性与高承载性能难以协调是其应用的技术瓶颈，其中裂纹问题便是研究的重点。现今国内外研究人员对lpbf成形镍基高温合金的开裂问题已经进行了大量研究，通过工艺参数改进、扫描策略优化及异质相添加等策略成功实现多种体系镍基合金的无裂纹制备，如hastelloy x、in625及in718合金等，但对于γ'相强化镍基高温合金(如in738、cm247lc合金等)的无裂纹成形尚未取得突破性进展。通过改变工艺参数及添加异质相的方法，往往不能实现裂纹的完全消除，同时后者还将产生粉末污染等问题。而现今研究表明改变原合金体系中的一种或几种元素的含量可以实现合金无裂纹成形，但力学性能又将下降。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料及制备方法，本专利技术能够在一定程度上解决现存镍基高温合金材料lpbf成形性及高承载性能难以协调的问题，从而能够通过lpbf工艺制成性能优异的合金，有利于推动lpbf成形镍基高温合金在航空航天领域的应用。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
3、一方面，一种用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料，按照质量百分数计，包括以下元素：
4、co+cr+w+mo：38.00～45.00％，al+ti+nb+ta：6.80～9.50％，c+b+zr+hf：1.00-1.40％，余量为ni。
5、较为具体地，co：16.5～19.5％；cr：16.5～19.5％；w+mo：3.50～6.50％；al+ti+nb+ta：6.80～9.50％；c+b+zr+hf：1.00-1.40％；余量为ni。
6、更为具体地，co：16.50～19.50％；cr：16.50～19.50％；w:3.50～4.50％；mo：1.30～2.20％；al：3.50～4.30％；ti：0.20～0.70％；ta：3.70～4.30％；nb：0.20～0.70％；c：0.05～0.15％；b：＜0.005％；zr：＜0.10％；hf：0.95～1.40％；余量为ni。
7、相较于现存商用γ'相沉淀强化合金，本专利技术提供的合金提高了固溶强化元素(cr、co、w、mo)的含量，显著提高了合金基体的热强性，抑制了裂纹形成，同时，提高固溶强化和析出强化的作用；此外，本专利技术提高co含量，一方面可以增加al、ti等元素固溶度，抑制η相的析出；另一方面能够降低基体层错能，提高抗高温蠕变能力。同时，通过优化合金元素配比，与商用in738合金相比，本专利技术提供的合金在没有降低γ'相含量的情况下，显著降低了合金的应变时效开裂(strain-age cracking，sac)指数，降低了开裂风险。特别的，为了提高合金持久性能，本专利技术提高了c、b、zr、hf等元素的含量，强化了晶界。
8、另一方面，一种上述用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料的制备方法，按照元素配比将中间合金配制成合金混合物，采用真空雾化法将所述合金混合物制成镍基合金粉末，即为镍基高温合金材料。
9、第三方面，一种工件，采用激光粉末床熔融工艺对上述用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料进行成形，即得。
10、第四方面，一种上述工件在航空航天领域中的应用。
11、本专利技术的有益效果为：
12、本专利技术基于镍基合金中各元素的作用，重新设计了镍基高温合金的成分，在没有损失合金中γ'相含量的情况下，解决了现有商用沉淀强化镍基高温合金材料在lpbf成形过程中开裂的问题。其用于lpbf工艺时，无需改变/增加激光am设备与工艺，即可获得符合各项性能要求的部件，为镍基高温合金材料应用于产业化的lpbf成形的提供了先决基础。
13、实验结果表明，由本专利技术提供的镍基高温合金材料通过lpbf工艺成形的合金试样没有出现开裂现象，室温抗拉强度达1100～1300mpa，断后延伸率超过12％，同时热处理后900℃下抗拉强度较现有镍基高温合金材料(in738合金)提升了55％以上，产业应用前景广阔。
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1.一种用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料，其特征是，按照质量百分数计，包括以下元素：
2.如权利要求1所述的用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料，其特征是，Co：16.5～19.5％；Cr：16.5～19.5％；W+Mo：3.50～6.50％；Al+Ti+Nb+Ta：6.80～9.50％；C+B+Zr+Hf：1.00-1.40％；余量为Ni。
3.如权利要求1所述的用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料，其特征是，Co：16.50～19.50％；Cr：16.50～19.50％；W:3.50～4.50％；Mo：1.30～2.20％；Al：3.50～4.30％；Ti：0.20～0.70％；Ta：3.70～4.30％；Nb：0.20～0.70％；C：0.05～0.15％；B：＜0.005％；Zr：＜0.10％；Hf：0.95～1.40％；余量为Ni。
4.一种权利要求1～3任一所述的用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料的制备方法，其特征是，按照元素配比将中间合金配制成合金混合物，采用真空雾化法将所述合金混合物制成镍基合金粉末，即为镍
5.一种权利要求1～3任一所述的用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料的制备方法，其特征是，采用真空雾化法的过程为：将合金混合物真空熔炼成合金液体，采用氩气对合金液体进行雾化，然后凝固成型。
6.一种权利要求1～3任一所述的用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料的制备方法，其特征是，真空雾化法采用的氩气纯度不低于99.999％。
7.一种工件，其特征是，采用激光粉末床熔融工艺对权利要求1～3任一所述的用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料进行成形，即得。
8.如权利要求7所述的工件，其特征是，激光粉末床熔融工艺的参数为：激光功率为150～200W，扫描速度为800～1400mm/s，层厚为30～40μm，扫描间距为100～120μm，扫描策略为层间旋转89～91°。
9.如权利要求7所述的工件，其特征是，激光粉末床熔融工艺采用的基板使用前进行去除氧化层并去除表面油污的处理。
10.一种权利要求7～9任一所述的工件在航空航天领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料，其特征是，按照质量百分数计，包括以下元素：
2.如权利要求1所述的用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料，其特征是，co：16.5～19.5％；cr：16.5～19.5％；w+mo：3.50～6.50％；al+ti+nb+ta：6.80～9.50％；c+b+zr+hf：1.00-1.40％；余量为ni。
3.如权利要求1所述的用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料，其特征是，co：16.50～19.50％；cr：16.50～19.50％；w:3.50～4.50％；mo：1.30～2.20％；al：3.50～4.30％；ti：0.20～0.70％；ta：3.70～4.30％；nb：0.20～0.70％；c：0.05～0.15％；b：＜0.005％；zr：＜0.10％；hf：0.95～1.40％；余量为ni。
4.一种权利要求1～3任一所述的用于激光粉末床熔融工艺的镍基高温合金材料的制备方法，其特征是，按照元素配比将中间合金配制成合金混合物，采用真空雾化法将所述合金混合物...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩泉泉，武德凡，王丽乔，刘忠轶，张晗，王义，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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