CN108247049A - 一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法，包括以下步骤：1）采用超高转速等离子旋转电极制粉工艺（SS‑PREP）制备CoCrMo合金粉末，筛分得到15～50μm粉末；2）采用激光选区熔化技术制备CoCrMo成形件；3）对合金进行真空热处理；4）在合金分别取样，用于金相与拉伸性能检测。采用本方法制备的CoCrMo合金具有表面光洁、高强度、高塑性的特点，并且在不同方向上呈现出高的组织、性能一致性。

Description

一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法
技术领域
本发明属于金属3D打印成形技术领域，具体涉及一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法。
背景技术
增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术。采用AM技术可以加工许多过去难以制造的复杂结构零件，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且越是复杂结构的产品，其制造的速度作用越显著。粉末基增材制造技术可以使用激光束和电子束作为热源实现3D打印。其中金属材料激光熔化增材制造技术：以激光束为热源，熔化所添加金属材料粉末或者丝材，实现高致密度金属零件的数字化制造。主要分为两种类型：基于同轴送粉的激光熔化沉积增材制造（Laser MeltingDeposition，简称LMD）和基于自动铺粉的激光选区熔化增材制造（Selective LaserMelting，简称SLM）。
CoCrMo合金具有很好的机械性能和理化性质，是常用的钴基材料之一，从上世纪50年代起，铸造、锻造成形工艺制备的CoCrMo合金陆续用于人工义齿与承受重大载荷的关节假体，如髋关节、膝关节等。随着SLM技术的兴起，相比于传统工艺，SLM技术的材料利用率更高、制备周期更短、并且可以满足复杂成形的特点，非常适用于CoCrMo合金的成形。目前，SLM技术采用气雾化法制备的粉末进行成形。气雾化法制备的粉末含有较多的空心粉、粘接粉，这些缺陷的存在会损害成形件的性能。采用等离子旋转电极制粉（PREP）制备的粉末流动性更好，且避免了空心粉、卫星粉等缺陷，因此非常适合用于SLM技术成形；但是，PREP制粉法细粉收得率低，难以满足SLM成形工艺的需求。近年来，随着超高速等离子旋转电极制粉（SS-PREP）的技术突破，亟需PREP CoCrMo合金粉末在SLM领域的应用。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法，采用高品质、细粒径的SS-PREP粉末作为打印材料，从而提高成形件的综合力学性能；本方法制备的成形件在XY、Z、45°三个方向均可以满足：抗拉强度>1200MPa，屈服强度>1000MPa，延伸率>15%。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法，包括以下步骤：
1）采用SS-PREP制粉工艺制备CoCrMo合金粉末，筛分得到15～50μm粉末；
2）采用SLM设备进行成形，得到成形件，激光功率20～1000W，扫描速度50～800mm/s，扫描间距0.03～0.11mm，铺粉层厚20～60μm；
3）将成形件进行真空去应力退火，随炉升温至800～1200℃，保温2～6h，随炉冷却；
4）在成形件上XY、Z、45°三个方向分别取样，测试室温拉伸性能。
所述的CoCrMo合金粉末粒度为15～50μm， 中值粒径D50为25～35μm。
所述的成形件，在XY、Z、45°三个方向均满足：抗拉强度>1200MPa，屈服强度>1000MPa，延伸率>15%。
本发明的有益效果在于：
与现有技术相比，本发明使用超高速等离子旋转电极制粉工艺（SS-PREP），实现了高品质CoCrMo合金粉末的制备，使得SLM用CoCrMo粉末不仅仅局限在气雾化粉末中，拓宽了SLM用CoCrMo粉末的种类；
使用本方法制得的粉末进行成形及热处理，其力学性能可达到：抗拉强度>1200MPa，屈服强度>1000MPa，延伸率>15%，并且在X Y、Z、45°方向上保持了力学性能一致性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法，包括以下步骤：
1）采用SS-PREP工艺制备CoCrMo合金粉末，CoCrMo合金粉末粒径为25～50μm，D50=35μm；
2）采用SLM工艺制备CoCrMo成形件，得到成形件，激光功率20W，扫描速度400mm/s，扫描间距0.06mm，铺粉层厚30μm；
3）将成形件进行真空退火，随炉升温至1000℃，保温5h，随炉冷却；
4）在样件上X Y、Z、45°三个方向分别取样，测试室温拉伸性能，如下表所示。
。
实施例2
一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法，包括以下步骤：
1）采用SS-PREP制粉工艺制备CoCrMo合金粉末，CoCrMo合金粉末粒径为15～35μm，D50=25μm；
2）采用SLM工艺制备CoCrMo成形件，SLM工艺中：激光功率1000W，扫描速度300mm/s，扫描间距0.07mm，铺粉层厚30μm；
3）将成形件进行真空退火，随炉升温至1100℃，保温4h，随炉冷却。
4）在样件上X Y、Z、45°三个方向分别取样，测试室温拉伸性能，如下表所示。
。
实施例3
一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法，包括以下步骤：
1）采用SS-PREP制粉工艺制备CoCrMo合金粉末，CoCrMo合金粉末粒径为20～45μm，D50=31μm；
2）采用SLM工艺制备CoCrMo成形件，得到成形件，激光功率500W，扫描速度500mm/s，扫描间距0.05mm，铺粉层厚30μm；
3）将成形件进行真空退火，随炉升温至1050℃，保温6h，随炉冷却；
4）在成形件上X Y、Z、45°三个方向分别取样，测试室温拉伸性能，如下表所示。
。
实施例4
一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制的造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）采用SS-PREP制粉工艺制备CoCrMo合金粉末，CoCrMo合金粉末粒径为15μm；
2）采用SLM设备进行成形，得到成形件，激光功率2kW，扫描速度50mm/s，扫描间距0.03mm，铺粉层厚20μm；
3）将成形件进行真空去应力退火，随炉升温至800℃，保温2h，随炉冷却；
4）在成形件上XY、Z、45°三个方向分别取样，测试室温拉伸性能。
实施例5
一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）采用SS-PREP制粉工艺制备CoCrMo合金粉末，CoCrMo合金粉末粒径为85μm；
2）采用SLM设备进行成形，得到成形件，激光功率24kW，扫描速度375mm/s，扫描间距0.07mm，铺粉层厚40μm；
3）将成形件进行真空去应力退火，随炉升温至1000℃，保温4h，随炉冷却；
4）在成形件上XY、Z、45°三个方向分别取样，测试室温拉伸性能。
实施例6
一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）采用SS-PREP制粉工艺制备CoCrMo合金粉末，CoCrMo合金粉末粒径为200μm；
2）采用SLM设备进行成形，得到成形件，激光功率50kW，扫描速度800mm/s，扫描间距0.11mm，铺粉层厚60μm；
3）将成形件进行真空去应力退火，随炉升温至1200℃，保温6h，随炉冷却；
4）在成形件上XY、Z、45°三个方向分别取样，测试室温拉伸性能。

Claims (6)

1.一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）采用SS-PREP制粉工艺制备CoCrMo合金粉末，筛分得到15～50μm粉末；
2）采用SLM设备进行成形，得到成形件，激光功率20～1000W，扫描速度50～800mm/s，扫描间距0.03～0.11mm，铺粉层厚20～60μm；
3）将成形件进行真空去应力退火，随炉升温至800～1200℃，保温2～6h，随炉冷却；
4）在成形件上XY、Z、45°三个方向分别取样，测试室温拉伸性能。
2.根据权利要求1所述的一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法，其特征在于，所述的CoCrMo合金粉末粒度为15～50μm，中值粒径D50为25～35μm。
3.根据权利要求1所述的一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法，其特征在于，所述的成形件，在XY、Z、45°三个方向均满足：抗拉强度>1200MPa，屈服强度>1000MPa，延伸率>15%。
4.根据权利要求1所述的一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法，包括以下步骤：
1）采用SS-PREP工艺制备CoCrMo合金粉末，CoCrMo合金粉末粒径为25～50μm，D50=35μm；
2）采用SLM工艺制备CoCrMo成形件，得到成形件，激光功率20W，扫描速度400mm/s，扫描间距0.06mm，铺粉层厚30μm；
3）将成形件进行真空退火，随炉升温至1000℃，保温5h，随炉冷却；
4）在样件上X Y、Z、45°三个方向分别取样，测试室温拉伸性能。
5.根据权利要求1所述的一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）采用SS-PREP制粉工艺制备CoCrMo合金粉末，CoCrMo合金粉末粒径为15～35μm，D50=25μm；
2）采用SLM工艺制备CoCrMo成形件，SLM工艺中：激光功率1000W，扫描速度300mm/s，扫描间距0.07mm，铺粉层厚30μm；
3）将成形件进行真空退火，随炉升温至1100℃，保温4h，随炉冷却；
4）在样件上X Y、Z、45°三个方向分别取样，测试室温拉伸性能。
6.根据权利要求1所述的一种采用CoCrMo合金粉末的激光选区增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）采用SS-PREP制粉工艺制备CoCrMo合金粉末，CoCrMo合金粉末粒径为20～45μm，D50=31μm；
2）采用SLM工艺制备CoCrMo成形件，得到成形件，激光功率500W，扫描速度500mm/s，扫描间距0.05mm，铺粉层厚30μm；
3）将成形件进行真空退火，随炉升温至1050℃，保温6h，随炉冷却；
4）在成形件上X Y、Z、45°三个方向分别取样，测试室温拉伸性能，如下表所示：
取样方向 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/% X Y 1142 1024 17.5 Z 1137 1035 17.5 45° 1133 1029 17.0
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