[发明专利]一种通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法

权利要求书

1.一种通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，制备特定形状的镍基单晶高温合金籽晶；

在镍基单晶高温合金棒上切割出具有特定晶体学取向的立方体籽晶试块，对其表面进行磨抛清洗处理；

第二步，3D打印起始段蜡模；

采用绘图软件绘制起始段蜡模3D模型，采用3D打印设备打印所述起始段蜡模；

起始段蜡模3D模型为直径15～30mm的圆柱体，垂直于圆柱体底面距离边缘1～3mm切减去，形成一个侧平面，在圆柱体一个端面沿圆心向下切减去一个立方定向凹槽，定向凹槽底面为正方形，边长为8～15mm，深度为2～10mm，定向凹槽一边与起始段蜡模3D模型圆柱体侧平面呈特定角度；

采用3D打印设备打印绘制后的起始段蜡模3D模型；

第三步，将第一步制备的立方体籽晶与第二步制备的带有定向凹槽的起始段蜡模组装在一起；

组装过程中，籽晶正方形面向上伸入定向凹槽2～10mm，籽晶表面与定向凹槽紧密插装贴合，用粘接蜡填补结合缝隙；将已经组合的籽晶与起始段蜡模，以及螺旋选晶器蜡模和蜡板依次组合在一起形成蜡模组，蜡板平面与起始段蜡模圆柱体侧平面平行组装；

第四步，制备预埋定向籽晶的陶瓷型壳；

将第三步组装后带有定向籽晶的蜡模组外部挂上陶瓷耐火浆料，反复撒砂、挂浆2～10次；在高温下进行脱蜡、烘干工序得到预埋定向籽晶的陶瓷型壳；

第五步，将上述陶瓷型壳放入单晶炉中预热，预热温度为1300℃～1600℃；金属液的熔化温度为1400℃～1650℃，将熔化后的金属液通过浇口杯浇注到型壳中，保温0～20min，以0.1～20mm/min的速率向下拉单晶，结束后随炉冷却取出，清壳后得到精准控制轴向和二次取向的单晶板。

2.根据权利要求1所述的通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法，其特征在于，第一步中，按质量百分比计，用于切割籽晶的镍基单晶高温合金为Ni-(0～20)Cr-(0～10)Co-(0～13)Mo-(0～9)W-(0～15)Al-(0～10)Ta-(0～5)Ti(0～4)Nb(0～1)Hf材料。

3.根据权利要求1所述的通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法，其特征在于，第二步中，3D打印起始段蜡模采用112-92-5牌号的蜡料。

4.根据权利要求1所述的通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法，其特征在于，第二步中，定向凹槽的两个相对侧平面与圆柱体侧平面所呈的特定角度为0°、45°、35.3°。

5.根据权利要求1所述的通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法，其特征在于，第五步中，按质量百分比计，熔化金属液组成为Ni-(0～20)Cr-(0～10)Co-(0～13)Mo-(0～9)W-(0～15)Al-(0～10)Ta-(0～5)Ti(0～4)Nb(0～1)Hf。

6.根据权利要求1所述的通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法，其特征在于，第一步中，籽晶为轴向001籽晶或轴向011籽晶，其形状采用底面为正方形的立方体。

7.根据权利要求1或6所述的通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法，其特征在于，第一步中，将轴向001或011取向的镍基单晶高温合金棒切割出垂直于镍基单晶高温合金棒、且上下平行的两个端面，对其中一个端面进行磨抛腐蚀处理；磨抛的具体条件为：依次采用180#、400#、1000#、2000#水砂纸磨光端面，在抛光机上对端面进行抛光处理；将完成磨抛的端面在化学腐蚀剂中腐蚀，腐蚀剂由15～25g CuSO₄、80～120mL H₂O和40～60mL HCl混合而成，腐蚀时间为10～30s。

8.根据权利要求7所述的通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法，其特征在于，腐蚀处理后端面会呈现出十字枝晶花样的二次枝晶，平行于二次枝晶臂，划一次标记线；垂直于一次标记线距离边缘1～3mm处划二次标记线，沿二次标记线切割出平台；利用线切割沿一次标记线切割底面边长为8～15mm，高为10～40mm的立方体籽晶，形成轴向001籽晶或轴向011籽晶。