[发明专利]一种选区激光熔化工艺制备镍基高温合金复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种选区激光熔化工艺制备镍基高温合金复合材料的方法，属于金属粉末增材制造技术领域，包括以下步骤：将TiC颗粒、CeO₂颗粒、La₂O₃颗粒和镍基合金粉末混合，然后在行星磨粉机中进行两次球磨，随后在行星式高能球磨机中球磨得到镍基合金复合粉末；将镍基合金复合粉末在保护气体中进行选区激光熔化成型。本发明技术方案中，通过添加TiC颗粒、CeO₂颗粒和La₂O₃颗粒协同细化镍基高温合金的晶粒结构，起到对镍基高温合金构成快速冷却过程中的开裂抑制和力学强化。

技术领域

本发明属于金属粉末增材制造技术领域，具体地，涉及一种选区激光熔化工艺制备镍基高温合金复合材料的方法。

背景技术

镍基高温合金能够在600℃以上承受较高应力，并具有良好的抗氧化和抗腐蚀性能、优异的力学性能以及较好的冷、热加工性能，因此被广泛应用于航空、航天发动机和地面燃气轮机等热端部件，是现代国民经济和国防建设不可替代的关键结构材料。

René104粉末冶金镍基高温合金以其优异的蠕变性能、抗损伤性能和高温力学性能被广泛应用于航空航天工程。然而，René104合金因其高Al、Ti含量而被归类为“难以焊接”的镍基高温合金。在选择性激光熔化(SLM)过程中高达10⁶K/s的快速冷却速率会引起巨大的热应力，这很容易导致René104合金开裂，大大降低了合金材料的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种选区激光熔化工艺制备镍基高温合金复合材料的方法，通过添加TiC颗粒、CeO₂颗粒和La₂O₃颗粒协同细化镍基高温合金的晶粒结构，起到对镍基高温合金构成快速冷却过程中的开裂抑制和力学强化。

本发明要解决的技术问题：镍基高温合金在选择性激光熔化(SLM)过程中高达10⁶K/s的快速冷却速率会引起巨大的热应力，这很容易导致René104合金开裂。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种选区激光熔化工艺制备镍基高温合金复合材料的方法，包括以下步骤：

S1、将TiC颗粒、CeO₂颗粒、La₂O₃颗粒和镍基合金粉末混合，然后在行星磨粉机中进行两次球磨，随后在P4可变速率比行星式高能球磨机中球磨得到镍基合金复合粉末，其中，TiC颗粒、CeO₂颗粒、La₂O₃颗粒和镍基合金粉末的质量比为1-2：0.1-0.2:0.1-0.2:4-5；

S2、将镍基合金复合粉末在保护气体中进行选区激光熔化成型，加工参数为激光功率为200-250W，扫描速度为667-833mm/s，加工层厚为40-60μm，扫描间距为50-90μm，光斑直径为75μm，得到一种选区激光熔化工艺制备镍基高温合金复合材料。

进一步地，TiC颗粒的粒径为2-4μm。

进一步地，CeO₂颗粒的粒径为1-3μm。

进一步地，La₂O₃颗粒的粒径为2-3μm。

进一步地，镍基合金粉末为rené104镍基高温合金，粒径为15-53μm，包括以下组分Ni69.78、Co：0.6、Cr：13、Mo：3.8、W：2.1、Al：3.4、Ti：3.9、Ta：2.4、Nb：0.9、Zr：0.05、B：0.03、C：0.04。