一種3D打印用鎳基高溫合金粉及其制備方法目錄

一種3D打印用鎳基高溫合金粉及其制備方法

鎳基高溫合金的性能及生產(chǎn)工藝是什么？

鎳基高溫合金的生產(chǎn)工藝

高溫合金有哪些牌號(hào)？

一種3D打印用鎳基高溫合金粉及其制備方法

一種3D打印用鎳基高溫合金粉及其制備方法，涉及金屬粉末的制備方法領(lǐng)域，尤其涉及一種3D打印用鎳基高溫合金粉及其制備方法。

背景技術(shù)：

3D打印技術(shù)是一種快速成型技術(shù)，通過(guò)層層堆積材料來(lái)制造三維物體。在航空、航天、能源等領(lǐng)域中，需要使用能夠在高溫環(huán)境下保持優(yōu)良性能的金屬材料。鎳基高溫合金具有良好的高溫強(qiáng)度、抗氧化性和抗腐蝕性，被廣泛應(yīng)用于這些領(lǐng)域。目前，制備鎳基高溫合金粉末的方法主要包括霧化法、機(jī)械合金化法和化學(xué)還原法等。然而，這些方法存在一些缺點(diǎn)，如生產(chǎn)成本高、粉末粒度分布不均勻、球形度差等，影響了3D打印制造的質(zhì)量和效率。

發(fā)明內(nèi)容：

（1）將鎳基高溫合金材料切割成小塊，然后放入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，得到合金粉末；

（2）將合金粉末進(jìn)行篩分，得到合適的粒度分布；

（3）將篩分后的合金粉末進(jìn)行熱處理，以消除粉末內(nèi)部的殘余應(yīng)力；

（4）將熱處理后的合金粉末進(jìn)行表面處理，以改善粉末的流動(dòng)性；

（5）將表面處理后的合金粉末進(jìn)行3D打印。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：通過(guò)球磨和篩分工藝，可以制備出粒度分布均勻、球形度好的合金粉末；通過(guò)熱處理和表面處理，可以消除粉末內(nèi)部的殘余應(yīng)力，改善粉末的流動(dòng)性，提高3D打印制造的質(zhì)量和效率。此外，本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單、成本低、易于工業(yè)化生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式：

（1）將鎳基高溫合金材料切割成小塊，然后放入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，得到合金粉末。球磨時(shí)間為2-4小時(shí)，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為200-400轉(zhuǎn)/分鐘。

（2）將合金粉末進(jìn)行篩分，得到合適的粒度分布。篩分設(shè)備可以采用振動(dòng)篩或旋轉(zhuǎn)篩，篩網(wǎng)的孔徑可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。

（3）將篩分后的合金粉末進(jìn)行熱處理，以消除粉末內(nèi)部的殘余應(yīng)力。熱處理的溫度為900-1100℃，保溫時(shí)間為1-2小時(shí)。

（4）將熱處理后的合金粉末進(jìn)行表面處理，以改善粉末的流動(dòng)性。表面處理可以采用噴涂、電鍍或化學(xué)鍍等方法，處理后的粉末表面光滑、流動(dòng)性好。

（5）將表面處理后的合金粉末進(jìn)行3D打印。3D打印可以采用激光選區(qū)熔化、電子束熔化或粉末燒結(jié)等方法。

以上就是本發(fā)明的制備方法，可以制備出高質(zhì)量的鎳基高溫合金粉末，適用于3D打印制造領(lǐng)域。同時(shí)，該制備方法簡(jiǎn)單、成本低、易于工業(yè)化生產(chǎn)。

最后需要說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，不能作為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述描述進(jìn)行等效替換或者變形，這些替換和變形都應(yīng)納入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

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鎳基高溫合金的性能及生產(chǎn)工藝是什么？

一、鎳基高溫合金的成分性能

鎳基高溫合金中應(yīng)用最為廣泛。

主要原因在于，一是鎳基合金中可以溶解較多合金元素，且能保持較好的組織穩(wěn)定性；二是可以形成共格有序的A3B型金屬間化合物γ[Ni3(Al，Ti)]相作為強(qiáng)化相，使合金得到有效的強(qiáng)化，獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強(qiáng)度；三是含鉻的鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗氧化和抗燃?xì)飧g能力。

鎳基合金含有十多種元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蝕作用，其他元素主要起強(qiáng)化作用。

根據(jù)它們的強(qiáng)化作用方式可分為：固溶強(qiáng)化元素，如鎢、鉬、鈷、鉻和釩等；沉淀強(qiáng)化元素，如鋁、鈦、鈮和鉭；晶界強(qiáng)化元素，如硼、鋯、鎂和稀土元素等。

鎳基高溫合金按強(qiáng)化方式有固溶強(qiáng)化型合金和沉淀強(qiáng)化型合金。

二、鎳基高溫合金的生產(chǎn)工藝

冶煉方面：為了獲得更純凈化的鋼水，減低氣體含量與有害元素含量；同時(shí)由于部分合金中有易氧化元素如Al，Ti等存在，非真空方式冶煉難以控制；更是為了獲得更好的熱塑性，鎳基耐熱合金，通常采用真空感應(yīng)爐熔煉，甚至用真空感應(yīng)冶煉加真空自耗爐或電渣爐重熔方式進(jìn)行生產(chǎn)。

變形方面：采用鍛造、軋制工藝，對(duì)于熱塑性差的合金甚至采用擠壓開(kāi)坯后軋制或用軟鋼(或不銹鋼)包套直接擠壓工藝。

變形的目的是為了破碎鑄造組織，優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)。

鑄造方面：通常用真空感應(yīng)爐熔煉母合金保證成分與控制氣體與雜質(zhì)含量，并用真空重熔-精密鑄造法制成零件。

熱處理方面：變形合金和部分鑄造合金需進(jìn)行熱處理，包括固溶處理、中間處理和時(shí)效處理，以Udmet500合金為例，它的熱處理制度分為四段：固溶處理，1175℃，2小時(shí)，空冷；中間處理，1080℃，4小時(shí)，空冷；一次時(shí)效處理，843℃，24小時(shí)，空冷；二次時(shí)效處理，760℃，16小時(shí)，空冷。

以獲得所要求的組織狀態(tài)和良好的綜合性能。

鎳基高溫合金的生產(chǎn)工藝

一、鎳基高溫合金的成分性能

鎳基高溫合金中應(yīng)用最為廣泛。

主要原因在于，一是鎳基合金中可以溶解較多合金元素，且能保持較好的組織穩(wěn)定性；二是可以形成共格有序的A3B型金屬間化合物γ[Ni3(Al，Ti)]相作為強(qiáng)化相，使合金得到有效的強(qiáng)化，獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強(qiáng)度；三是含鉻的鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗氧化和抗燃?xì)飧g能力。

鎳基合金含有十多種元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蝕作用，其他元素主要起強(qiáng)化作用。

根據(jù)它們的強(qiáng)化作用方式可分為：固溶強(qiáng)化元素，如鎢、鉬、鈷、鉻和釩等；沉淀強(qiáng)化元素，如鋁、鈦、鈮和鉭；晶界強(qiáng)化元素，如硼、鋯、鎂和稀土元素等。

鎳基高溫合金按強(qiáng)化方式有固溶強(qiáng)化型合金和沉淀強(qiáng)化型合金。

二、鎳基高溫合金的生產(chǎn)工藝

冶煉方面：為了獲得更純凈化的鋼水，減低氣體含量與有害元素含量；同時(shí)由于部分合金中有易氧化元素如Al，Ti等存在，非真空方式冶煉難以控制；更是為了獲得更好的熱塑性，鎳基耐熱合金，通常采用真空感應(yīng)爐熔煉，甚至用真空感應(yīng)冶煉加真空自耗爐或電渣爐重熔方式進(jìn)行生產(chǎn)。

變形方面：采用鍛造、軋制工藝，對(duì)于熱塑性差的合金甚至采用擠壓開(kāi)坯后軋制或用軟鋼(或不銹鋼)包套直接擠壓工藝。

變形的目的是為了破碎鑄造組織，優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)。

鑄造方面：通常用真空感應(yīng)爐熔煉母合金保證成分與控制氣體與雜質(zhì)含量，并用真空重熔-精密鑄造法制成零件。

熱處理方面：變形合金和部分鑄造合金需進(jìn)行熱處理，包括固溶處理、中間處理和時(shí)效處理，以Udmet500合金為例，它的熱處理制度分為四段：固溶處理，1175℃，2小時(shí)，空冷；中間處理，1080℃，4小時(shí)，空冷；一次時(shí)效處理，843℃，24小時(shí)，空冷；二次時(shí)效處理，760℃，16小時(shí)，空冷。

以獲得所要求的組織狀態(tài)和良好的綜合性能。

高溫合金有哪些牌號(hào)？

Inconel600

商業(yè)牌號(hào)：Inconel600鎳基高溫合金

美國(guó)牌號(hào)：N06600鎳基高溫合金

中國(guó)牌號(hào)：GH600/GH3600

一、Inconel 600（N06600）鎳基合金概述：

Inconel600是早期發(fā)展的鎳-鉻-鐵基固溶強(qiáng)化合金，具有良好的耐高溫腐蝕和抗氧化性能、優(yōu)良的冷熱加工和焊接工藝性能，在700℃以下具有滿意的熱強(qiáng)性和高的塑性。

合金可以通過(guò)冷加工得到強(qiáng)化，也可以用電阻焊、溶焊或釬焊連接，可供應(yīng)冷軋薄板、熱軋厚板、帶材、絲材、棒材、圓餅、環(huán)坯、環(huán)形鍛件等，適宜制作在1100℃以下承受低載荷的抗氧化零件。

1、材料牌號(hào)：Inconel 600（N06600）鎳基合金。

2、Inconel600相近牌號(hào)：Inconel，GH600，GH3600(中國(guó)）。

3、Inconel600化學(xué)成分：見(jiàn)表1-1。

注：1 航天用材料標(biāo)準(zhǔn)BZ-44-9003B-0規(guī)定ω(C)≤0.10%,ω(P)≤0.020%,ω(Nb)≤1.00%。

2 撫高新1995-13標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定ω(P)≤0.025%,ω(Nb)≤1.00%。

4、熱處理制度：板材：1010～1050℃，3～5min/mm，空冷；帶材：1010℃±10℃，空冷；絲材：1065℃±10℃，空冷。

棒材、環(huán)形件檢驗(yàn)試驗(yàn)經(jīng)1010℃±10℃，空冷固溶處理。

5、品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)：可供應(yīng)各種規(guī)格的板材、棒材、鍛件、帶材、絲材、圓餅、環(huán)坯、環(huán)形鍛件。

棒材以鍛軋狀態(tài)、表面磨光或車(chē)光供應(yīng)；圓餅和環(huán)坯以鍛態(tài)供應(yīng)；環(huán)件以固溶狀態(tài)供應(yīng)；板材經(jīng)固溶、堿酸洗、矯直和切邊后供應(yīng)；帶材經(jīng)冷軋、固溶、去氧化皮交貨；絲材以固溶酸洗盤(pán)狀或直條狀、固溶直條細(xì)磨光狀態(tài)交貨。

6、熔煉與鑄造工藝：合金采用下列工藝之一進(jìn)行熔煉：(1)非真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔；(2)電弧爐熔煉加電渣重熔；(3)真空熔煉。

7、應(yīng)用概況與特殊要求：該合金在國(guó)外有成熟的使用經(jīng)驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)已制成航天發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，通過(guò)試飛試驗(yàn)，在航空上也開(kāi)始使用。

二、Inconel 600（N06600）鎳基合金物理及化學(xué)性能：

1、Inconel600熱性能：

(1)、熔化溫度范圍：1370～1430℃[1]。

(2)、熱導(dǎo)率：見(jiàn)表2-1。

(3)、比熱容：見(jiàn)圖2-1。

(4)、線膨脹系數(shù)：見(jiàn)表2-2。

2、Inconel600密度：ρ=8.43g/cm3。

3、Inconel600電性能：電阻率見(jiàn)圖2-2。

三、Inconel 600（N06600）鎳基合金力學(xué)性能：

Inconel600技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能：見(jiàn)表3-1。

① 供應(yīng)狀態(tài)板材應(yīng)進(jìn)行室溫彎曲試驗(yàn)，芯棒直徑等于產(chǎn)品厚度乘以表3-2的彎曲系數(shù)，彎曲軸線應(yīng)平行于軋制方向，彎曲180°以后，在放大20倍下檢查，不得有裂紋存在。

表3-2

四、Inconel 600（N06600）鎳基合金組織結(jié)構(gòu)：

1、Inconel600相變溫度：

2、Inconel600時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線：

3、Inconel600合金組織結(jié)構(gòu)：合金在1120℃處理2h后，僅有TiN氮化物和Cr7C3型碳化物，在870℃經(jīng)1500h長(zhǎng)期時(shí)效后，組織中仍然是Cr7C3和TiN，說(shuō)明合金的組織是穩(wěn)定的。

五、Inconel 600（N06600）鎳基合金工藝性能與要求：

1、Inconel600成形性能：合金具有良好的熱加工性能，鋼錠鍛造加熱溫度為1110～1140℃；終鍛溫度不小于950℃，板坯軋制加熱溫度為1130～1170℃，精軋加熱溫度為1090～1130℃。

成品固溶處理溫度為1010～1050℃。

2、Inconel600焊接性能：合金焊接性能良好，可用電弧焊、氬弧焊、電阻焊和釬焊等各種方法連接，大型或復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)件在熔焊后應(yīng)在870℃退火1h，以消除焊接應(yīng)力。

3、Inconel600零件熱處理工藝：零件的熱處理工藝應(yīng)按相應(yīng)的材料標(biāo)準(zhǔn)的熱處理制度進(jìn)行。

薄板和帶材零件的退火處理應(yīng)在保護(hù)氣氛中進(jìn)行。