TaC改性镍基高温合金及粉末与其制备方法

本发明涉及增材制造，具体涉及一种tac改性镍基高温合金及粉末与其制备方法。

背景技术：

1、镍基高温合金在高温下能够保持优异的力学性能和良好的耐磨性，因此常应用于飞机发动机的热端部件，如关键的旋转部件、支撑结构和压力容器。但是这些热端部件对尺寸、形状方面都有较高的要求，传统的减材制造方法，存在难度较大，周期时间较长，原料浪费等问题。而增材制造技术（3d打印）可以克服传统制造方法中的几何限制、精度不足等问题。

2、增材制造是利用计算机辅助设计cad等软件对零件建模并分层，采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，又称为3d打印。激光选区熔化技术（slm）是增材制造技术的一种实施方式，以激光作为能量热源在粉末床上的特定区域进行选区熔化，具有能量输入高，成型精度高等优点。

3、由于slm制备过程中的极高冷却速率以及成形组织中存在的大量高角度晶界等原因，slm态镍基合金中存在许多微裂纹等微观缺陷，而由于slm态组织中的晶粒外延生长特性，裂纹会沿着晶界扩展，通常穿过三四个熔池，深长的裂纹会对成型件性能造成严重的危害。目前，国内外主要采用工艺参数优化（调整激光功率、扫描速度等）方法，但无法彻底消除裂纹，同时由于al、ti在组织中会形成的γ'相会成为裂纹的萌生点，因此有的研究通过减少al、ti等元素含量来达到消除裂纹的目的，但是al、ti等元素的减少意味着降低了镍基合金的高温力学性能。

4、因此，激光选区熔化制备镍基高温合金过程中，在保证镍基合金成形件具有足够的高温力学性能前提下，如何使成型件具有少裂纹和低裂纹敏感性，是现阶段增材制造镍基高温合金发展中的难题。

5、为此，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种tac改性镍基高温合金及粉末与其制备方法，本发明通过将引入tac颗粒的tac改性镍基高温合金粉末作为增材制造的原料粉末，在确保增材制造镍基高温合金具有较佳致密度的情况下，兼具优异的高温性能、良好的组织稳定性以及低裂纹敏感性。

2、为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。

3、本发明的第一方面提供了一种tac改性镍基高温合金粉末，其由镍基合金粉末及附着在所述镍基合金粉末表面的tac颗粒组成；所述tac颗粒占所述镍基合金粉末与tac颗粒总质量的质量百分比为0~3%且不为0。

4、在本发明的一些实施方式中，所述镍基合金粉末的粒径为15μm~53μm，球形度≥0.9。

5、在本发明的一些实施方式中，所述tac颗粒的粒径为500nm~1μm。

6、在本发明的一些实施方式中，tac改性镍基高温合金粉末包含按质量百分比计的以下各组分：

7、cr 17.0wt%~21.0wt%、fe 18wt%~22wt%、nb 4.75wt%~5.50wt%、mo 2.80wt%~3.30wt%、al 0.30wt%~0.70wt%、ti 0.75wt%~1.15wt%、tac 0~3wt%且不为0，余量为ni。

8、本发明的第二方面提供了一种本发明第一方面所述的tac改性镍基高温合金粉末的制备方法，其包括以下步骤：

9、将镍基合金粉末与tac粉末进行球磨混粉，以将所述tac粉末附着在所述镍基合金粉末表面，制得所述tac改性镍基高温合金粉末。

10、在本发明的一些实施方式中，所述球磨混粉的转速为15r/min~20r/min，时间为8h~10h，球料比（2~3）:1。

11、在本发明的一些实施方式中，所述制备方法还包括在进行球磨混粉之前对所述镍基合金粉末及所述tac粉末进行干燥处理。

12、在本发明的一些实施方式中，所述干燥处理的温度为80℃~120℃，时间为2h~4h。

13、本发明的第三方面提供了一种tac改性镍基高温合金的制备方法，其包括以下步骤：

14、采用本发明第一方面所述的tac改性镍基高温合金粉末或者采用本发明第二方面所述的tac改性镍基高温合金粉末的制备方法制得的tac改性镍基高温合金粉末作为原料粉末，在保护气氛下通过3d打印制得所述tac改性镍基高温合金。

15、在本发明的一些实施方式中，所述3d打印的工艺参数包括：打印环境为正压，成型室压力为12.0mbar，成型室氧含量≤0.04%，激光光斑直径75μm~90μm，激光功率300w~360w，扫描速度1000mm/s~1200mm/s，铺粉厚度为0.03mm，扫描间距0.07mm~0.09mm；

16、采用条纹扫描模式，上一层相对于下一层逆时针旋转67°。

17、本发明的第四方面提供了一种本发明第三方面所述的tac改性镍基高温合金的制备方法制得的tac改性镍基高温合金。

18、与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

19、1、本发明中提供了一种tac改性镍基高温合金粉末，通过引入tac颗粒，tac颗粒具有高熔点和高化学稳定性，且能够在3d打印过程中成为异质形核点，细化晶粒尺寸，降低组织中的高角度晶界，从而实现具有优异的高温性能、良好的组织稳定性、低的裂纹敏感性的tac改性镍基高温合金的获得。

20、2、本发明中提供了一种tac改性镍基高温合金的制备方法，以tac改性镍基高温合金粉末作为原料粉末，结合工艺参数的设计，最终制备得到致密度98%以上，且兼具低裂纹敏感性、优异的成形性以及良好组织稳定性的增材制造镍基高温合金。

21、3、本发明中tac改性镍基高温合金的力学性能明显优于传统增材制造镍基高温合金，因而可适用于生产航空、航天领域的复杂形状、高稳定性的热端高温部件。

22、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种tac改性镍基高温合金粉末，其特征在于，其由镍基合金粉末及附着在所述镍基合金粉末表面的tac颗粒组成；所述tac颗粒占所述镍基合金粉末与tac颗粒总质量的质量百分比为0~3%且不为0。

2.如权利要求1所述的tac改性镍基高温合金粉末，其特征在于，所述镍基合金粉末的粒径为15μm~53μm，球形度≥0.9；

3.如权利要求1所述的tac改性镍基高温合金粉末，其特征在于，其包含按质量百分比计的以下各组分：

4.一种权利要求1-3任一项所述的tac改性镍基高温合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的tac改性镍基高温合金粉末的制备方法，其特征在于，所述球磨混粉的转速为15r/min~20r/min，时间为8h~10h，球料比（2~3）:1。

6.如权利要求4所述的tac改性镍基高温合金粉末的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在进行球磨混粉之前对所述镍基合金粉末及所述tac粉末进行干燥处理。

7.如权利要求6所述的tac改性镍基高温合金粉末的制备方法，其特征在于，所述干燥处理的温度为80℃~120℃，时间为2h~4h。

8.一种tac改性镍基高温合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的tac改性镍基高温合金的制备方法，其特征在于，所述3d打印的工艺参数包括：打印环境为正压，成型室压力为12.0mbar，成型室氧含量≤0.04%，激光光斑直径75μm~90μm，激光功率300w~360w，扫描速度1000mm/s~1200mm/s，铺粉厚度为0.03mm，扫描间距0.07mm~0.09mm；

10.一种权利要求8-9任一项所述的tac改性镍基高温合金的制备方法制得的tac改性镍基高温合金。

技术总结本发明提供了一种TaC改性镍基高温合金及粉末与其制备方法，该TaC改性镍基高温合金粉末由镍基合金粉末及附着在所述镍基合金粉末表面的TaC颗粒组成；所述TaC颗粒占所述镍基合金粉末与TaC颗粒总质量的质量百分比为0~3%且不为0。本发明通过将引入TaC颗粒的TaC改性镍基高温合金粉末作为增材制造的原料粉末，在确保增材制造镍基高温合金具有较佳致密度的情况下，兼具优异的高温性能、良好的组织稳定性以及低裂纹敏感性，可适用于生产航空、航天领域的复杂形状、高稳定性的热端高温部件。技术研发人员：新巴雅尔,伟乐斯,那木日,峰山,王子贺受保护的技术使用者：内蒙古工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1