選擇性雷射熔化成形法製備TiC增強鎳基複合材料的方法與流程
2023-04-26 14:20:26
本發明屬於複合材料製備領域，具體涉及一種選擇性雷射熔化成形法製備tic增強鎳基複合材料的方法。
背景技術：
鎳基高溫合金自發明以來就獲得了較為廣泛的應用，其應用範圍主要包括各種工業燃氣輪機、航空發動機和核反應堆中的熱端部件，如渦輪葉片、導向葉片、渦輪盤以及燃燒室。隨著工業的發展，高性能發動機的需求日益擴大，渦輪入口處溫度不斷提高，因此對涉及到鎳基高溫合金的零部件的綜合力學性能提出了更高要求。為了滿足航空發動機和工業燃氣輪機的發展需求，需不斷提高鎳基高溫合金的承溫能力，這就要求不斷發展和改善高溫合金的成分和加工工藝，並隨之促使了高溫合金的快速發展。
傳統的鎳基合金成形方法有鑄造、粉末冶金和精密加工等方法，但上述方法生產周期長、生產成本高。對於複雜零件的成形，多採用精密鑄造的方法，但母模的製造周期長，且採用此方法製造的複雜零件成品率較低。為了獲得性能、結構複雜的鎳基合金零件，增材製造方法成為一種很具潛力的方法。
為了製備綜合力學性能好的鎳基高溫合金，本專利通過向inconel625合金中添加tic粉末，從而製備顆粒增強金屬基複合材料，能夠提高鎳基合金的高溫性能、強度、硬度和耐磨性等綜合力學性能。
技術實現要素：
本發明目的是提供一種選擇性雷射熔化成形法製備tic增強鎳基複合材料的方法，用於提高inconel625的高溫性能、強度、硬度和耐磨性等綜合力學性能。
本發明通過以下技術方案實現：
一種選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，包括如下步驟：
步驟1、按照重量份數分別稱量1～4份的inconel625合金粉、96～99份的tic粉，待用；
步驟2、將稱量好的inconel625合金粉和tic粉置於球磨罐後鎖緊球磨罐，將球磨罐靜置後抽真空，然後通入高純度氬氣；
步驟3、將球磨罐放入低溫行星球磨機中進行混粉，混粉過程中對球磨罐進行空冷降溫；
步驟4、將球磨罐取出，放入真空手套箱中取出複合粉末，將複合粉末放入乾燥箱中乾燥，乾燥後的複合粉末待用；
步驟5、在選擇性雷射熔化成形機器的控制計算機中進行三維模型切片和分層處理，並在選擇性雷射熔化成形機器的控制計算機中儲存雷射掃描路徑；
步驟6、將步驟4中製備的複合粉末放入選擇性雷射熔化成形機器的儲粉缸中；
步驟7、開啟選擇性雷射熔化成形機器，設置雷射熔化成形工藝參數，在基板上逐層的固化粉末，得到選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料工件。
本發明所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟1中所述的inconel625粉的直徑為45～90μm，tic粉的直徑為5～8μm。
本發明所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟2中靜置時間為5～15min。
本發明所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟3中球磨過程中球磨轉速為100～300r/s，球磨時間為6～10h。
本發明所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟3中，所述的空冷溫度恆定在5～15℃。空冷降溫採用空冷裝置實現，空冷裝置型號為xqm-6。
本發明所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟4中乾燥箱乾燥時間1～2h。
本發明所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟5中所述的雷射掃描路徑採用分組變相的掃描方式，相鄰的層之間掃描方向相互垂直。
本發明所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟7中雷射熔化成形工藝參數為雷射功率100～500w，掃描速度800～2000mm/s，加工層厚0.03～0.05，掃描間距0.04～0.10mm。
本發明所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟7中所述的基板為45號鋼。
本發明所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，設備簡單，並且生產工序少，成本低，易於在生產實踐中推廣。
本發明製備選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的雷射掃描路徑為掃描方式採用逐層交替掃描的方式，即每層的掃描方向都與相鄰層相互垂直。
本發明通過所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法製備的材料，其塑性可提高20％以上，屈服強度提高15％以上，高溫氧化性能提高10％以上。。
附圖說明
圖1是本發明製備選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的流程圖；
圖2是本發明製備選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的雷射掃描路徑；
圖3是選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料成形件上表面的100倍金相照片；
圖4是選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料成形件側面的100倍金相照片。
具體實施方式
具體實施方式一：
一種選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，包括如下步驟：
步驟1、按照重量份數分別稱量2.5份的inconel625合金粉、97.5份的tic粉，待用；
步驟2、將稱量好的inconel625合金粉和tic粉置於球磨罐後鎖緊球磨罐，將球磨罐靜置後抽真空，然後通入高純度氬氣；
步驟3、將球磨罐放入低溫行星球磨機中進行混粉，混粉過程中對球磨罐進行空冷降溫；
步驟4、將球磨罐取出，放入真空手套箱中取出複合粉末，將複合粉末放入乾燥箱中乾燥，乾燥後的複合粉末待用；
步驟5、在選擇性雷射熔化成形機器的控制計算機中進行三維模型切片和分層處理，並在選擇性雷射熔化成形機器的控制計算機中儲存雷射掃描路徑；
步驟6、將步驟4中製備的複合粉末放入選擇性雷射熔化成形機器的儲粉缸中；
步驟7、開啟選擇性雷射熔化成形機器，設置雷射熔化成形工藝參數，在基板上逐層的固化粉末，得到選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料工件。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟1中所述的inconel625粉的直徑為45μm，tic粉的直徑為5μm。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟2中靜置時間為10min。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟3中球磨過程中球磨轉速為200r/s，球磨時間為8h。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟3中，所述的空冷裝置型號為xqm-6，空冷溫度恆定在10℃。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟4中乾燥箱乾燥時間1h。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟5中所述的雷射掃描路徑採用分組變相的掃描方式，相鄰的層之間掃描方向相互垂直。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟7中雷射熔化成形工藝參數為雷射功率200w，掃描速度1000mm/s，加工層厚0.03，掃描間距0.04mm。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟7中所述的基板為45號鋼。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，最終獲得的材料抗拉強度為1079.5mpa，屈服強度為649.6mpa，延伸率為19.8％。
具體實施方式二：
一種選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，包括如下步驟：
步驟1、按照重量份數分別稱量3份的inconel625合金粉、97份的tic粉，待用；
步驟2、將稱量好的inconel625合金粉和tic粉置於球磨罐後鎖緊球磨罐，將球磨罐靜置後抽真空，然後通入高純度氬氣；
步驟3、將球磨罐放入低溫行星球磨機中進行混粉，混粉過程中對球磨罐進行空冷裝置降溫；
步驟4、將球磨罐取出，放入真空手套箱中取出複合粉末，將複合粉末放入乾燥箱中乾燥，乾燥後的複合粉末待用；
步驟5、在選擇性雷射熔化成形機器的控制計算機中進行三維模型切片和分層處理，並在選擇性雷射熔化成形機器的控制計算機中儲存雷射掃描路徑；
步驟6、將步驟4中製備的複合粉末放入選擇性雷射熔化成形機器的儲粉缸中；
步驟7、開啟選擇性雷射熔化成形機器，設置雷射熔化成形工藝參數，在基板上逐層的固化粉末，得到選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料工件。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟1中所述的inconel625粉的直徑為45μm，tic粉的直徑為5μm。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟2中靜置時間為10min。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟3中球磨過程中球磨轉速為200r/s，球磨時間為8h。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟3中，所述的空冷裝置型號為xqm-6，空冷溫度恆定在10℃。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟4中乾燥箱乾燥時間1h。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟5中所述的雷射掃描路徑採用分組變相的掃描方式，相鄰的層之間掃描方向相互垂直。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟7中雷射熔化成形工藝參數為雷射功率180w，掃描速度800mm/s，加工層厚0.03，掃描間距0.06mm。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，步驟7中所述的基板為45號鋼。
本實施方式所述的選擇性雷射熔化成形法製備tic增強的鎳基複合材料的方法，最終獲得的材料抗拉強度為998.5mpa，屈服強度為599.6mpa，延伸率為18.8％。