CN110923491A - 一种石墨烯增强的高温合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯增强的高温合金的制备方法，包括以下步骤：步骤一，制备高温合金粉体；步骤二，将石墨烯粉体和高温合金粉体进行复合；步骤三，将复合后的材料进行干燥处理；步骤四，使用3D打印技术打印成型制品。本发明通过石墨烯粉体的增强作用，可以大幅度提高高温合金如GH3536高温合金的抗拉强度。

Description

一种石墨烯增强的高温合金的制备方法
技术领域
本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种石墨烯增强的高温合金的制备方法。
背景技术
高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，又被称为“超合金”，主要应用于航空航天领域和能源领域。GH3536合金是一种经铬和钼元素固溶强化的铁含量较高的镍基高温合金，该合金具有良好的腐蚀性和抗氧化性，在900℃以下可以长期使用，短时工作温度高达1080℃，适用于制造航空发动机的燃烧室部件和其他高温部件。
3D打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，而金属3D打印技术被行内专家视为3D打印领域高难度、高标准的发展分支，在工业制造领域有着举足轻重的地位。现如今，世界各国工业制造都在大力研发金属增材制造技术，尤其是航空航天制造业，更是不惜耗费大量财力、物力加大研发力度。金属3D打印在航空航天领域的应用优势突出，有着可缩短新型航空航天装备的研发周期，提高材料的利用率，优化零件结构，减轻重量，减少应力集中，增加使用寿命等优点。
随着航天发动机的发展，高温合金材料的使用越来越广泛，高温合金的抗拉强度在很大程度上影响航空发动机的寿命。如果能够提高高温合金的抗拉强度，那么就能提高发动机的寿命，因此提高高温合金的抗拉强度有着重要的意义，也是本领域技术人员急需解决的技术难题。
发明内容
针对上述背景技术所提出的技术难题，本发明的目的在于提供一种石墨烯增强的高温合金的制备方法。
本发明提供一种石墨烯增强的高温合金的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一，制备高温合金粉体；
步骤二，将石墨烯粉体和高温合金粉体进行复合；
步骤三，将复合后的材料进行干燥处理；
步骤四，使用3D打印技术打印成型制品。
优选的是，所述石墨烯粉体的薄膜厚度为1-10层。
优选的是，所述高温合金粉体包GH3536高温合金粉体。
优选的是，所述GH3536高温合金粉体的粒径为15μm-53μm。
优选的是，所述步骤一包括将高温合金棒材制备成粉体。
优选的是，步骤二中石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:1至1:1000。
优选的是，将石墨烯粉体和高温合金粉体进行均匀复合，所述复合方法包括物理复合；
优选的是，所述物理复合包括球磨复合；
优选的是，所述球磨复合包括如下步骤：将石墨烯和高温合金粉体，按照质量比为1：1-1：1000的比例一起加入球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35-40Hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min-150min。
优选的是，步骤三中干燥时间为30min-300min。
优选的是，步骤四中所述3D打印技术包括选择性激光烧结(SLS)3D打印技术、选择性激光熔化(SLM)3D打印技术、电子束熔化(EBM)3D打印技术、激光熔覆式成型技术(LMD)3D打印技术和直接金属激光成型(DMLS)3D打印技术中的其中一种或多种。
本发明还提供一种石墨烯增强的高温合金，所述高温合金由上述任一种方法制备而成。
本发明的优异效果在于：
提高了高温合金的抗拉强度。
高温合金强度提高后能够提高用它制造的零件或设备的寿命；
高温合金强度提高后，使用在航空航天领域能够实现减重的效果。
附图说明
图1为一种石墨烯增强GH3536高温合金的流程示意图；
图2为GH3536粉体图；
图3为GH3536粉体和石墨烯粉体复合后的粉体图；
图4为GH3536粉体和石墨烯粉体复合并干燥处理后的粉体图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种石墨烯增强的高温合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤一，制备高温合金粉体；
步骤二，将石墨烯粉体和高温合金粉体进行复合；
步骤三，将复合后的材料进行干燥处理；
步骤四，使用3D打印技术打印成型制品。
在一个具体的实施例中，所述步骤一包括将高温合金棒材制备成粉体。
石墨烯粉体包括一层以上的石墨烯层组成的薄膜状粉体。在一个具体的实施例中，所述步骤二中石墨烯粉体的薄膜厚度为1-10层。
步骤二中所述的复合包括球磨复合。
在一个具体的实施例中，所述高温合金粉体包括GH3536高温合金粉体。在一个具体的实施例中，GH3536高温合金粉体的的粒径为15μm-53μm。需要作出说明的是，本发明提供的方法不只是适用于GH3536高温合金粉体，也完全适用于其他高温合金粉体。
在一个具体的实施例中，步骤二中石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:1至1:1000。
在一个具体的实施例中，步骤三中干燥时间为30min-300min。
在一个具体的实施例中，步骤四中所述3D打印技术包括选择性激光烧结(SLS)3D打印技术、选择性激光熔化(SLM)3D打印技术、电子束熔化(EBM)3D打印技术、激光熔覆式成型技术(LMD)3D打印技术和直接金属激光成型(DMLS)3D打印技术中的其中一种或多种。
以下以GH3536高温合金为例结合图1-4对本发明的石墨烯增强的高温合金的制备方法作进一步的说明。
如图1所示，本发明的制备石墨烯增强的GH3536高温合金的方法包括如下步骤：
一、提供GH3536粉体
在本步骤中，将GH3536高温合金棒材通过惰性气体雾化方法制备成GH3536粉体，制备的GH3536粉体如图2所示。通过使用光电显微镜观察测量，所制备的GH3536粉体的粒径主要分布在15μm至53μm。
二、提供石墨烯粉体
在本步骤中，石墨烯粉体选择层数控制在1层至10层的石墨烯，纯度在99.5％以上。
三、复合粉体
在本步骤中，称重GH3536高温合金粉体和石墨烯粉体，将GH3536高温合金粉体和石墨烯粉体通过复合设备进行物理复合，复合后的粉体如图3所示。其中，石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:1至1:1000。
所述的复合包括球磨复合。在一个具体的实施例中，采用砂锆珠球磨机复合，所述砂锆珠球磨机复合GH3536的操作过程是：将石墨烯粉体和标准GH3536高温合金粉体材料，按照质量比为1：1-1：1000的比例一起加入锆珠球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35—40Hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min—150min。
在一个具体的实施例中，称重GH3536高温合金粉体4000g和石墨烯粉体320g，将GH3536高温合金粉体和石墨烯粉体通过复合设备进行60min物理复合。
四、干燥处理
在本步骤中，将复合后的粉体进行30min-300min干燥处理，干燥后的粉体如图4所示。
五、3D打印
在本步骤中，利用干燥后的复合粉体，通过3D打印技术打印成型制品。所述3D打印技术包括但不限于选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔化(SLM)、电子束熔化(EBM)、激光熔覆式成型技术(LMD)和直接金属激光成型(DMLS)。
利用该成型制品进行抗拉强度测试，2个成型制品的测得的抗拉强度分别是1102.4MPa和1101.9MPa。而未使用石墨烯增强的GH3536高温合金的抗拉强度为690MPa，因此，该发明通过使用石墨烯增强了GH3536高温合金的抗拉强度，将抗拉强度提升了约60％。
实施例1
一种石墨烯增强的GH3536高温合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
将GH3536高温合金棒材通过惰性气体雾化方法制备成GH3536粉体；
称重GH3536高温合金粉体和石墨烯粉体，石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:1，将GH3536高温合金粉体和石墨烯粉体通过复合设备进行物理复合；所述物理复合包括砂锆珠球磨机复合，所述砂锆珠球磨机复合GH3536的操作过程是：将石墨烯和标准GH3536高温合金粉体材料一起加入锆珠球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35—40Hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min—150min；
将复合后的粉体进行45min干燥处理；
利用干燥后的复合粉体，通过选择性激光熔化(SLM)3D打印技术打印成型制品。
实施例2
一种石墨烯增强的GH3536高温合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
将GH3536高温合金棒材通过惰性气体雾化方法制备成GH3536粉体；
称重GH3536高温合金粉体和石墨烯粉体，石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:50，将GH3536高温合金粉体和石墨烯粉体通过复合设备进行物理复合；所述物理复合包括砂锆珠球磨机复合，所述砂锆珠球磨机复合GH3536的操作过程是：将石墨烯和标准GH3536高温合金粉体材料一起加入锆珠球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35—40Hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min—50min；
将复合后的粉体进行30min干燥处理；
利用干燥后的复合粉体，通过选择性激光烧结(SLS)3D打印技术打印成型制品。
实施例3
一种石墨烯增强的GH3536高温合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
将GH3536高温合金棒材通过惰性气体雾化方法制备成GH3536粉体；
称重GH3536高温合金粉体和石墨烯粉体，石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:1000，将GH3536高温合金粉体和石墨烯粉体通过复合设备进行物理复合；所述物理复合包括砂锆珠球磨机复合，所述砂锆珠球磨机复合GH3536的操作过程是：将石墨烯和标准GH3536高温合金粉体材料一起加入锆珠球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35—40Hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min—50min；
将复合后的粉体进行150min干燥处理；
利用干燥后的复合粉体，通过电子束熔化(EBM)3D打印技术打印成型制品。
实施例4
一种石墨烯增强的GH3536高温合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
将GH3536高温合金棒材通过惰性气体雾化方法制备成GH3536粉体；
称重GH3536高温合金粉体和石墨烯粉体，石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:500，将GH3536高温合金粉体和石墨烯粉体通过复合设备进行物理复合；所述物理复合包括砂锆珠球磨机复合，所述砂锆珠球磨机复合GH3536的操作过程是：将石墨烯和标准GH3536高温合金粉体材料一起加入锆珠球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35—40Hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min—50min；
将复合后的粉体进行300min干燥处理；
利用干燥后的复合粉体，通过激光熔覆式成型技术(LMD)3D打印技术打印成型制品。
实施例5
一种石墨烯增强的GH3536高温合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
将GH3536高温合金棒材通过惰性气体雾化方法制备成GH3536粉体；
称重GH3536高温合金粉体和石墨烯粉体，石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:100，将GH3536高温合金粉体和石墨烯粉体通过复合设备进行物理复合；所述物理复合包括砂锆珠球磨机复合，所述砂锆珠球磨机复合GH3536的操作过程是：将石墨烯和标准GH3536高温合金粉体材料一起加入锆珠球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35—40Hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min—50min；
将复合后的粉体进行200min干燥处理；
利用干燥后的复合粉体，通过直接金属激光成型(DMLS)3D打印技术打印成型制品。

Claims (10)

1.一种石墨烯增强的高温合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一，制备高温合金粉体；
步骤二，将石墨烯粉体和高温合金粉体进行复合；
步骤三，将复合后的材料进行干燥处理；
步骤四，使用3D打印技术打印成型制品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述石墨烯粉体的薄膜厚度为1-10层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温合金粉体包GH3536高温合金粉体。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述GH3536高温合金粉体的粒径为15μm-53μm。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤一包括将高温合金棒材制备成粉体。
6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤二中石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:1至1:1000。
7.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，将石墨烯粉体和高温合金粉体进行均匀复合，所述复合方法包括物理复合；
优选的是，所述物理复合包括球磨复合；
优选的是，所述球磨复合包括如下步骤：将石墨烯和高温合金粉体，按照质量比为1：100-1：1000的比例一起加入球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35-40Hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min-150min。
8.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤三中干燥时间为30min-300min。
9.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤四中所述3D打印技术包括选择性激光烧结(SLS)3D打印技术、选择性激光熔化(SLM)3D打印技术、电子束熔化(EBM)3D打印技术、激光熔覆式成型技术(LMD)3D打印技术和直接金属激光成型(DMLS)3D打印技术中的其中一种或多种。
10.一种石墨烯增强的高温合金，其特征在于，所述高温合金由权利要求1-9任一项所述的方法制备而成。
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