[发明专利]一种镍基合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种镍基合金及其制备方法和应用。该镍基合金的制备方法包括如下步骤：对激光选区熔化成形得到的镍基合金样品依次进行热等静压处理和热处理，即可。本发明中镍基合金的制备方法周期较短，显著提高了镍基合金的高温力学性能和高温持久性能，且组织均匀、致密，可满足航空航天领域的应用需求。

技术领域

本发明涉及金属增材制造领域，具体涉及一种镍基合金及其制备方法和应用。

背景技术

镍基合金(例如IN718合金、GH4169)是一种Ni-Cr-Fe基沉淀强化型高温合金，主要由γ基体相、主要强化相γ、辅助强化γ′相、δ相和碳化物等相组成，在650℃以下具有较高的强度、较好的耐腐蚀能力、良好的高温抗氧化性能优异的抗疲劳和抗蠕变性能等，适用于制造650℃以下工作航空发动机及地面燃气轮机部件，是目前航空航天领域中应用最为广泛的高温合金，更是现代国防建设不可替代的关键材料。随着先进航空发动机和燃气轮机技术的发展，热端零部件的结构设计也越来越复杂，而传统制造工艺因加工工艺的限制而无法制造出特别复杂的零件结构，因此不得不牺牲部分结构功能性，从而严重制约了航空发动机和燃气轮机的发展。

目前，激光选区熔化成形技术(Select Laser Melting，SLM)利用高能激光束对粉末床预置粉末逐层分区扫描熔化，实现由三维数模零件直接制造出近终形的零件，具有成形约束小、精度高、表面粗糙度低等优点，已逐步应用在复杂外形或内部型腔结构零件制造领域。国内外企业已开始大批量使用由激光选区熔化成形技术制得的镍基合金产品。激光选区熔化成形技术主要具备以下几个方面的特点：①激光选区熔化成形过程熔池小(100～300μm)、熔池温度梯度大(105～106K/s)、凝固速度极快；②熔池的温度梯度大致沿沉积方向，当激光束扫描粉末层时重熔了上一层已经凝固的柱状晶的顶端，柱状晶未熔部分成为该层定向凝固的晶核，使得前层的原始柱状晶粒沿着沉积方向继续外延生长；③成形过程中，层层堆积导致了熔池快速反复受热，残余应力大。上述特点促使激光选区熔化成形技术与传统铸造、锻造等工艺存在明显差异。因此，在制备镍基合金时，适用于铸造、锻造等工艺的工艺参数不一定可直接用于激光选区熔化成形过程技术。

中国专利文献CN 111360266A提供了一种激光选区熔化成形IN718合金及其热处理方法，其通过改善已有的IN718合金铸锻件的标准热处理方案，实现了室温抗拉强度达到1361MPa，室温屈服强度达到1191MPa，室温断后伸长率达到30％；中国专利文献CN106180719A提供了一种激光选区熔化增材制造的IN718构件、系统、热处理方法及装置，实现了SLM制造IN718合金的室温抗拉强度在1100MPa以上，室温拉伸延伸率达到20％以上。由于上述IN718合金的室温力学性能较佳，其主要用于制造650℃以下工作航空发动机及地面燃气轮机部件。但是，航空航天领域对镍基合金的高温性能有着较高的产品要求，特别是在650℃下的力学性能和持久性能对部件的耐用性尤为关键，提升其在650℃下的高温性能有重要工程意义。

因此，亟需提供一种高温性能优异，可满足航空航天产品要求的镍基合金。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中镍基合金高温力学性能和高温持久性能不佳的缺陷，而提供的一种镍基合金及其制备方法和应用。本发明中镍基合金的制备方法周期较短，显著提高了镍基合金的高温力学性能和高温持久性能，且组织均匀、致密，可满足航空航天领域的应用需求。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供的技术方案之一为：一种镍基合金的制备方法，其包括如下步骤：对激光选区熔化成形得到的镍基合金样品依次进行热等静压处理和热处理，即可；

其中，所述激光选区熔化成形采用的镍基合金原料包括Ni、Cr、Fe、C、Si、P和B；所述C的含量为0.02～0.05％；所述Si的含量小于0.2％；所述P的含量为0.008～0.015％；所述B的含量为0.002～0.006％；百分比为各组分占所述激光选区熔化成形采用的镍基合金原料的总质量的质量百分比；