基于同轴送粉激光增材制造制备镍基单晶高温合金的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114959331A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210511045.X(22)申请日2022.05.11(71)申请人南昌航空大学地址330000江西省南昌市丰和南大道696号(72)发明人刘奋成高健刘丰刚黄春平郑海忠胡晓安(74)专利代理机构南昌丰择知识产权代理事务所(普通合伙)36137专利代理师张荣(51)Int.Cl.C22C1/04(2006.01)C22C19/03(2006.01)B22F10/60(2021.01)B33Y40/20(2020.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称基于同轴送粉激光增材制造制备镍基单晶高温合金的方法(57)摘要本发明公开了一种基于同轴送粉激光增材制造制备镍基单晶高温合金的方法，具体包括：在锻态或铸态镍基高温合金基板上进行同轴送粉激光增材制造并且加入辅助红外光源加热，成形具有一定尺寸的试样；以具有定向凝固组织特征的增材部分侧面为基板进行第二次激光增材制造，获得晶体取向基本一致的增材成形试样，重复第二步直至得到单晶组织；将除最后一次增材成形以外部分切除，剩余部分则是晶体取向完全一致的单晶高温合金。本发明的有益效果是：提供的单晶制备方法利用激光增材制造定向散热和定向生长特点实现晶体取向由随机到定向再到单晶的过渡，较选晶法、籽晶法等技术具有效率高的特点。CN114959331ACN114959331A权利要求书1/2页1.一种基于同轴送粉激光增材制造制备镍基单晶高温合金的方法，其特征在于包括四个步骤：第一步，在锻态或铸态合金基板上采用同轴送粉激光增材制造镍基高温合金；定向凝固组织中取向一致的枝晶所占比例为70％；第二步，选晶，将第一步的增材件试样进行去应力退火后将增材部分侧面铣削加工至表面平整，以此为基板采用与第一步相同的同轴送粉激光增材制造工艺参数进行第二步激光增材过程；定向凝固组织中取向一致的枝晶所占比例为95％；第三步，重复选晶，以第二步选晶后所获得的增材件试样为基板，重复第二步的选晶过程；经过第三步的选晶后，所获得的增材区组织中取向一致的枝晶所占比例为100％，获得所有晶体取向完全一致的单晶组织；第四步，将基板部分线切割切除，再次进行第二步相同的去应力退火处理，剩余部分即是所需要的的单晶高温合金试样。2.根据权利要求1所述的一种基于同轴送粉激光增材制造制备镍基单晶高温合金的方法，其特征在于：第一步在锻态或铸态合金基板上采用同轴送粉激光增材制造镍基高温合金具体为：(1)在锻态或铸态合金基板上采用多层多道单向直线沉积方式激光增材成形一定尺寸的试样；(2)激光热输入过程中为高温度梯度、高凝固速度，增材区组织为定向凝固的枝晶组织；(3)对同轴送粉过程中的散热条件做限制，利用辅助红外光源对增材件试样四周表面进行加热，减少熔池水平方向的散热，只通过基板向下散热，使得散热方向为竖直方向，枝晶优先沿散热方向生长；(4)使得取向一致的枝晶所占比例提高，为70％。3.根据权利要求1所述的一种基于同轴送粉激光增材制造制备镍基单晶高温合金的方法，其特征在于：第一步中的锻态或铸态合金基板，等轴晶平均晶粒尺寸为10～30μm，所述的同轴送粉激光增材制造所获得的柱状晶组织晶粒宽度为200～500μm；第二步和第三步中，柱状晶晶粒宽度逐渐增大，最终获得单晶组织。4.根据权利要求1所述的一种基于同轴送粉激光增材制造制备镍基单晶高温合金的方法，其特征在于：第一步和第二步中，在同轴送粉过程中利用辅助红外光源对增材件试样四周表面进行加热，减少熔池水平方向的散热，进而获得生长方向更加一致的枝晶组织，采用光学辐射无接触加热，发挥出增材制造微小熔池冶金特点，所述的辅助红外光源工作温度范围为800～1000℃，加热功率为20～30KW，加热的范围能够达到熔池尺寸的5～10倍，加热深度可以达到0.4～1mm，保证熔池在水平方向上没有温度梯度，热量只通过基板向下扩散。5.根据权利要求1所述的一种基于同轴送粉激光增材制造制备镍基单晶高温合金的方法，其特征在于：同轴送粉激光增材制造的工艺，具体的工艺参数包括：激光扫描策略采用多层多道单向直线沉积方式，采用小能量输入、大光斑尺寸和大扫描速度的策略，激光功率800～2CN114959331A权利要求书2/2页1200W、扫描速度10～20mm/s、光斑直径3～5mm、搭接率20～30％、单层高度0.05～0.1mm、送粉速率3～8g/min、载粉气体流量5～10L/min，采用氩气进行整体保护。6.根据权利要求1所述的一种基于同轴送粉激光增材制造制备镍基单晶高温合金的方法，其特征在于：所述多层多道单向直线沉积方式，在增材制造过程中每一层中的每一道均采用单方向和直线扫描方式，相比于目