CN110181048A - 一种钼基合金粉末的电子束增材制造方法 - Google Patents

一种钼基合金粉末的电子束增材制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钼基合金电子束增材制造方法，其中使用的钼基合金粉末粒径为55～85μm；电子束扫描粉末层时，采用两次扫描方式。本发明提供了一种钼基合金电子束增材制造工艺，找到了最高致密度的增材制造成型工艺参数，并采用两次扫描的方式解决电子束增材制造中球化与粉末飞溅问题，将构件致密度提高至铸造水平。

Description

一种钼基合金粉末的电子束增材制造方法
技术领域
本发明属于金属增材制造技术领域，具体涉及一种钼基合金粉末的电子束增材制造方法。
背景技术
难熔金属钼基合金具有良好的导电导热性能，较小的热膨胀系数，优良的高温强度等优点，同时熔点较高、抗腐蚀性能强，常被用作高温构件，如发动机喷管、火箭鼻锥、飞行器前缘等。某些精密高温构件由于结构复杂、尺寸精度要求高，采用粉末冶金与机械加工方法难以制备，或者材料利用率较低，故采用近净成型的增材制造工艺制备。但是目前对钼基合金的增材制造工艺开发不成熟。
与激光束相比，钼对电子束的能量吸收率较高，可以充分熔化钼，消除孔洞、裂纹及未熔颗粒等缺陷，制备高致密度构件。但是目前没有开发钼基合金的电子束增材制造工艺参数，且在制备过程中存在球化与粉末飞溅等技术问题。
综上所述，开发钼基合金电子束增材制造工艺，制备高致密度钼基合金构件是目前本领域技术人员亟待完成的工作。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钼基合金电子束增材制造方法，解决电子束增材制造中的工艺问题，提高钼基合金构件的致密度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：原材料钼基合金粉末的粒径范围为55～85μm，其中d10控制在59±3μm，d50控制在70±3μm，d90控制在81±3μm；电子束逐层扫描粉末层时，采用两次扫描方式，先用小束流扫描粉末一次，再用大束流扫描粉末一次。
一种实施方式为，钼基合金粉末为球形粉末。
一种实施方式为，钼基合金粉末的流动性为15s/50g～35s/50g。
一种实施方式为，两次扫描时，小束流1～3mA，大束流8～15mA。
一种实施方式为，制造方法具体包含以下步骤：
(1)制备球形钼基合金粉末；
(2)对待成型的钼基合金构件进行三维建模及结构优化；
(3)电子束增材制造准备；
(4)对基板与粉床进行预热，采用两次扫描方式，设置电子束选区熔化的扫描打印参数；
(5)在基板上均匀铺设预设厚度的球形钼基合金粉末，采用电子束对粉末进行熔化，逐层叠加成型，打印完成后在成型室自然冷却。
一种实施方式为，电子束增材制造准备包括成型室清理、基板清洁与基板调平，成型室抽真空至气压0.06～0.08Pa，然后充入氩气至气压0.15～0.20Pa。
一种实施方式为，对基板与粉床进行预热，基板预热温度1000～1100℃。
一种实施方式为，设置电子束选区熔化扫描打印参数，包括轮廓熔化参数与填充线熔化参数；轮廓熔化参数：电子束分束数量40，扫描跳转速度1500m/s，扫描束流2mA，扫描速度0.4m/s；填充线熔化参数：填充线间距0.2mm，填充线上点距0.1mm，旋转角度90°，扫描速度0.3m/s，小束流1～3mA，大束流8～15mA。
一种实施方式为，预设粉末厚度为40～50μm。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明提供了一种钼基合金电子束增材制造工艺，找到了最高致密度的增材制造成型工艺参数，并采用两次扫描的方式解决电子束增材制造中球化与粉末飞溅问题，构件组织均匀，无孔洞、裂纹及未熔颗粒等缺陷，将构件致密度提高至铸造水平，实现钼基合金构件的近净成型。
具体实施方式
为了便于理解本发明的目的与技术方案，下面提供实施例用于解释本发明，但它们不构成对本发明的限定。
实施例1：
步骤(1)，制备原材料球形Mo-Ti-Zr合金粉末(TZM粉末)，控制流动性＝20s/50g,粒径范围55～85μm，其中d10控制在58μm，d50控制在72μm，d90控制在82μm；
步骤(2)，对待成型的TZM构件进行三维建模及结构优化；
步骤(3)，清理成型室与基板，调平基板，成型室抽真空至气压0.08Pa，然后充入氩气至气压0.16Pa。
步骤(4)，对基板与粉床进行预热，基板预热温度1040℃，设置轮廓熔化参数：电子束分束数量40，扫描跳转速度1500m/s，扫描束流2mA，扫描速度0.4m/s；填充线熔化参数：填充线间距0.2mm，填充线上点距0.1mm，旋转角度90°，扫描速度0.3m/s，小束流1mA扫描一次，大束流9mA扫描一次。
步骤(5)，基板与粉床预热完成后，通过铺粉机构在基板上均匀铺设一层厚度为45μm的原材料球形TZM粉末，采用电子束对粉末进行快速熔化、凝固，逐层叠加，直至TZM结构件完全成型，打印完成后在成型室自然冷却。
步骤(6)，经检测两次扫描试样的致密度为99.99％。
实施例2：
步骤(1)，制备原材料球形Mo-Re粉末，控制流动性＝27s/50g,粒径范围55～85μm，其中d10控制在60μm，d50控制在69μm，d90控制在80μm；
步骤(2)，对待成型的Mo-Re构件进行三维建模及结构优化；
步骤(3)，清理成型室与基板，调平基板，成型室抽真空至气压0.07Pa，然后充入氩气至气压0.19Pa。
步骤(4)，对基板与粉床进行预热，基板预热温度1010℃，设置轮廓熔化参数：电子束分束数量40，扫描跳转速度1500m/s，扫描束流2mA，扫描速度0.4m/s；填充线熔化参数：填充线间距0.2mm，填充线上点距0.1mm，旋转角度90°，扫描速度0.3m/s，小束流2mA扫描一次，大束流11mA扫描一次。
步骤(5)，基板与粉床预热完成后，通过铺粉机构在基板上均匀铺设一层厚度为40μm的原材料球形Mo-Re粉末，采用电子束对粉末进行快速熔化、凝固，逐层叠加，直至Mo-Re结构件完全成型，打印完成后在成型室自然冷却。
步骤(6)，经检测两次扫描试样的致密度为99.98％。
实施例3：
步骤(1)，制备原材料球形Mo-La2O3粉末，控制流动性＝16s/50g,粒径范围55～85μm，其中d10控制在59μm，d50控制在71μm，d90控制在81μm；
步骤(2)，对待成型的Mo-La2O3构件进行三维建模及结构优化；
步骤(3)，清理成型室与基板，调平基板，成型室抽真空至气压0.06Pa，然后充入氩气至气压0.20Pa。
步骤(4)，对基板与粉床进行预热，基板预热温度1060℃，设置轮廓熔化参数：电子束分束数量40，扫描跳转速度1500m/s，扫描束流2mA，扫描速度0.4m/s；填充线熔化参数：填充线间距0.2mm，填充线上点距0.1mm，旋转角度90°，扫描速度0.3m/s，小束流3mA扫描一次，大束流12mA扫描一次。
步骤(5)，基板与粉床预热完成后，通过铺粉机构在基板上均匀铺设一层厚度为50μm的原材料球形Mo-La2O3粉末，采用电子束对粉末进行快速熔化、凝固，逐层叠加，直至Mo-La2O3结构件完全成型，打印完成后在成型室自然冷却。
步骤(6)，经检测两次扫描试样的致密度为99.99％。
比较例：
步骤(1)，制备原材料球形TZM粉末，控制流动性＝22s/50g,粒径范围55～85μm，其中d10控制在58μm，d50控制在70μm，d90控制在79μm；
步骤(2)，对待成型的TZM构件进行三维建模及结构优化；
步骤(3)，清理成型室与基板，调平基板，成型室抽真空至气压0.06Pa，然后充入氩气至气压0.20Pa。
步骤(4)，对基板与粉床进行预热，基板预热温度1060℃，设置轮廓熔化参数：电子束分束数量40，扫描跳转速度1500m/s，扫描束流2mA，扫描速度0.4m/s；填充线熔化参数：填充线间距0.2mm，填充线上点距0.1mm，旋转角度90°，扫描速度0.3m/s，束流5～8mA扫描一次。
步骤(5)，基板与粉床预热完成后，通过铺粉机构在基板上均匀铺设一层厚度为50μm的原材料球形TZM粉末，采用电子束对粉末进行快速熔化、凝固，逐层叠加，直至TZM结构件完全成型，打印完成后在成型室自然冷却。
步骤(6)，经检测一次扫描试样的致密度为75％～86％，达不到铸件水平。
利用本发明制备的钼基合金构件组织均匀，无孔洞、裂纹及未熔颗粒等缺陷，将构件致密度提高至铸造水平，实现钼基合金构件的近净成型。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种钼基合金电子束增材制造方法，其特征在于：
原材料钼基合金粉末的粒径范围为55～85μm，其中d10控制在59±3μm，d50控制在70±3μm，d90控制在81±3μm；
电子束逐层扫描粉末层时，采用两次扫描方式，先用小束流扫描粉末一次，再用大束流扫描粉末一次。
2.根据权利要求1所述制造方法，其中，钼基合金粉末为球形粉末。
3.根据权利要求1或2的制造方法，其中，钼基合金粉末的流动性为15s/50g～35s/50g。
4.根据权利要求1-3中任一项的制造方法，其中，小束流1～3mA，大束流8～15mA。
5.根据权利要求1-4中任一项的制造方法，其中，包含以下步骤：
(1)制备球形钼基合金粉末；
(2)对待成型的钼基合金构件进行三维建模及结构优化；
(3)电子束增材制造准备；
(4)对基板与粉床进行预热，采用两次扫描方式，设置电子束选区熔化的扫描打印参数；
(5)在基板上均匀铺设预设厚度的球形钼基合金粉末，采用电子束对粉末进行熔化，逐层叠加成型，打印完成后在成型室自然冷却。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其中，电子束增材制造准备包括成型室清理、基板清洁与基板调平，成型室抽真空至气压0.06～0.08Pa，然后充入氩气至气压0.15～0.20Pa。
7.根据权利要求5所述的制造方法，其中，对基板与粉床进行预热，基板预热温度1000～1100℃。
8.根据权利要求5所述的制造方法，其中，设置电子束选区熔化扫描打印参数，包括轮廓熔化参数与填充线熔化参数；轮廓熔化参数：电子束分束数量40，扫描跳转速度1500m/s，扫描束流2mA，扫描速度0.4m/s；填充线熔化参数：填充线间距0.2mm，填充线上点距0.1mm，旋转角度90°，扫描速度0.3m/s，小束流1～3mA，大束流8～15mA。
9.根据权利要求5所述的制造方法，其中，预设粉末厚度为40～50μm。
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