CN110961622B - 一种钴合金的3d打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钴合金的3D打印方法，其包括以下步骤：步骤1，制备钴合金粉末作为3D打印的原材料；步骤2，利用三维软件对待打印的钴合金设备进行设计；步骤3，激光3D打印成型，制得坯料；步骤4，对步骤3制得的坯料进行退火热处理，制得半成品；步骤5，对步骤4制得的半成品进行精加工；步骤6，对步骤5精加工后的半成品进行表面处理及无损检测，即成。本发明步骤简单、操作容易，适合工业化大规模生产应用；操作步骤前期提高了钴合金晶粒的均匀性；后期使产品结构稳定，表面耐腐蚀性及耐磨性得到提高。

Description

一种钴合金的3D打印方法
技术领域
本发明属于3D打印方法技术领域，具体涉及一种钴合金的3D打印方法。
背景技术
近年来，3D打印技术作为一门新兴成型技术受到广泛关注；3D打印技术即激光增材制造技术，是通过激光熔覆的方式，实现层层堆积，并借助数字化控制堆积路径，从而直接进一步制造出复杂构件的技术。与传统的去材制造、锻压、铸造等技术相比，其具有以下优势：原材料利用率高；省去模具成本；设计制造周期短；无需或仅需少量后续加工；可制备传统技术无法实现的复杂构件。目前，现有技术中采用3D打印技术制造钴合金设备及构件的方法还不成熟，无法实现工业化批量生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种钴合金的3D打印方法，其步骤简单、操作容易，适合工业化大规模生产应用。
本发明所采用的技术方案为：
一种钴合金的3D打印方法，其包括以下步骤：
步骤1，制备钴合金粉末作为3D打印的原材料；
步骤2，利用三维软件对待打印的钴合金设备进行设计；
步骤3，激光3D打印成型，制得坯料；
步骤4，对步骤3制得的坯料进行退火热处理，制得半成品；
步骤5，对步骤4制得的半成品进行精加工；
步骤6，对步骤5精加工后的半成品进行表面处理及无损检测，即成。
本发明的特点还在于：
所述步骤1具体为：将钴合金粉末与改良粉末在混粉机中混合均匀，将混合均匀后的粉末进行高能球磨，最后筛选出粒度为10-25μm的粉体，获得用于3D打印原材料的钴合金粉末；
所述改良粉末为TiB2、B4C及SiC中的一种。
所述高能球磨的转速为500-1000r/min。
所述步骤2具体为：首先设计待打印钴合金设备的外形尺寸，再设计喷涂层的厚度，最后设计壁厚偏差。
所述步骤3中，所述激光3D打印的激光功率为180-280W，扫描速度为1500-2000mm/s，在真空或氩气保护气氛下进行打印。
所述步骤4中的退火热处理为四重退火热处理，具体为：对坯料进行首次退火处理，退火温度为750-850℃，保温5-8小时；随后进行二次退火处理，退火温度为500-650℃，保温9-12小时；然后进行三次退火处理，退火温度为450-580℃，保温12-15小时；最后进行四次退火，退火温度为250-380℃，保温16-18小时后在空气中进行自然冷却即可。
所述步骤5具体为：对所述半成品进行抛光处理到表面粗糙度为1.3-2.8μm。
所述步骤6中，所述表面处理为阳极化表面处理以在所述精加工后的半成品表面形成阳极化层。
所述步骤6中，所述无损检测为采用工业CT进行扫描检测。
与现有技术相比，本发明步骤简单、操作容易，适合工业化大规模生产应用；操作步骤前期提高了钴合金晶粒的均匀性；后期使产品结构稳定，表面耐腐蚀性及耐磨性得到提高。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种钴合金的3D打印方法，其包括以下步骤：
步骤1，制备钴合金粉末作为3D打印的原材料；具体为：将钴合金粉末与改良粉末在混粉机中混合均匀，将混合均匀后的粉末进行高能球磨，最后筛选出粒度为10-25μm的粉体，获得用于3D打印原材料的钴合金粉末；所述改良粉末为TiB2、B4C及SiC中的一种；所述高能球磨的转速为500-1000r/min；
采用TiB2或B4C或SiC粉末与钴合金粉末混合，这几种粉末均容易与Ti发生原位自生反应生成改良相，在Ti熔化之前已经完全反应并在之后融入熔融态的钴合金中，实现与钴合金基体完全冶金结合，具有较好的湿润性和钉扎作用，避免了因钴合金熔化而导致不润湿的加入相颗粒形成团聚状或者层状团聚分布；并且解决了制备过程中钴合金晶粒粗大且不均匀的问题。
步骤2，利用三维软件对待打印的钴合金设备进行设计；具体为：首先设计待打印钴合金设备的外形尺寸，再设计喷涂层的厚度，最后设计壁厚偏差；
首先设计外形尺寸，然后设计喷涂层厚度，最后设计壁厚偏差，这样不仅设计精确，并且简化了设计流程，提高工作效率。
步骤3，激光3D打印成型，制得坯料；所述激光3D打印的激光功率为180-280W，扫描速度为1500-2000mm/s，在真空或氩气保护气氛下进行打印；
步骤4，对步骤3制得的坯料进行退火热处理，制得半成品；所述的退火热处理为四重退火热处理，具体为：对坯料进行首次退火处理，退火温度为750-850℃，保温5-8小时；随后进行二次退火处理，退火温度为500-650℃，保温9-12小时；然后进行三次退火处理，退火温度为450-580℃，保温12-15小时；最后进行四次退火，退火温度为250-380℃，保温16-18小时后在空气中进行自然冷却即可；
四重退火处理，使制得的半成品晶粒更加细化稳定，残余应力消除到位，有效防止形变和开裂。
步骤5，对步骤4制得的半成品进行精加工；具体为：对所述半成品进行抛光处理到表面粗糙度为1.3-2.8μm；
步骤6，对步骤5精加工后的半成品首先进行阳极化表面处理以在所述精加工后的半成品表面形成阳极化层；最后再采用工业CT进行无损检测，即成。
通过抛光处理能够提高产品表面的光洁度；通过阳极化表面处理能够增强耐腐蚀性及耐磨性；通过无损检测能够准确反应产品的结构形状、尺寸、精度等各项指标。
实施例1：
一种钴合金的3D打印方法，其包括以下步骤：
步骤1，制备钴合金粉末作为3D打印的原材料；具体为：将钴合金粉末与改良粉末在混粉机中混合均匀，将混合均匀后的粉末进行高能球磨，最后筛选出粒度为10μm的粉体，获得用于3D打印原材料的钴合金粉末；所述改良粉末为TiB2、B4C及SiC中的一种；所述高能球磨的转速为500r/min。
步骤2，利用三维软件对待打印的钴合金设备进行设计；具体为：首先设计待打印钴合金设备的外形尺寸，再设计喷涂层的厚度，最后设计壁厚偏差；
步骤3，激光3D打印成型，制得坯料；所述激光3D打印的激光功率为180W，扫描速度为1500mm/s，在真空或氩气保护气氛下进行打印；
步骤4，对步骤3制得的坯料进行退火热处理，制得半成品；所述的退火热处理为四重退火热处理，具体为：对坯料进行首次退火处理，退火温度为750℃，保温5小时；随后进行二次退火处理，退火温度为500℃，保温9小时；然后进行三次退火处理，退火温度为450℃，保温12小时；最后进行四次退火，退火温度为250℃，保温16小时后在空气中进行自然冷却即可。
步骤5，对步骤4制得的半成品进行精加工；具体为：对所述半成品进行抛光处理到表面粗糙度为1.3μm；
步骤6，对步骤5精加工后的半成品首先进行阳极化表面处理以在所述精加工后的半成品表面形成阳极化层；最后再采用工业CT进行无损检测，即成。
实施例2：
一种钴合金的3D打印方法，其包括以下步骤：
步骤1，制备钴合金粉末作为3D打印的原材料；具体为：将钴合金粉末与改良粉末在混粉机中混合均匀，将混合均匀后的粉末进行高能球磨，最后筛选出粒度为25μm的粉体，获得用于3D打印原材料的钴合金粉末；所述改良粉末为TiB2、B4C及SiC中的一种；所述高能球磨的转速为1000r/min。
步骤2，利用三维软件对待打印的钴合金设备进行设计；具体为：首先设计待打印钴合金设备的外形尺寸，再设计喷涂层的厚度，最后设计壁厚偏差；
步骤3，激光3D打印成型，制得坯料；所述激光3D打印的激光功率为280W，扫描速度为2000mm/s，在真空或氩气保护气氛下进行打印；
步骤4，对步骤3制得的坯料进行退火热处理，制得半成品；所述的退火热处理为四重退火热处理，具体为：对坯料进行首次退火处理，退火温度为850℃，保温8小时；随后进行二次退火处理，退火温度为650℃，保温12小时；然后进行三次退火处理，退火温度为580℃，保温15小时；最后进行四次退火，退火温度为380℃，保温18小时后在空气中进行自然冷却即可。
步骤5，对步骤4制得的半成品进行精加工；具体为：对所述半成品进行抛光处理到表面粗糙度为2.8μm；
步骤6，对步骤5精加工后的半成品首先进行阳极化表面处理以在所述精加工后的半成品表面形成阳极化层；最后再采用工业CT进行无损检测，即成。
实施例3：
一种钴合金的3D打印方法，其包括以下步骤：
步骤1，制备钴合金粉末作为3D打印的原材料；具体为：将钴合金粉末与改良粉末在混粉机中混合均匀，将混合均匀后的粉末进行高能球磨，最后筛选出粒度为15μm的粉体，获得用于3D打印原材料的钴合金粉末；所述改良粉末为TiB2、B4C及SiC中的一种；所述高能球磨的转速为750r/min。
步骤2，利用三维软件对待打印的钴合金设备进行设计；具体为：首先设计待打印钴合金设备的外形尺寸，再设计喷涂层的厚度，最后设计壁厚偏差；
步骤3，激光3D打印成型，制得坯料；所述激光3D打印的激光功率为230W，扫描速度为1800mm/s，在真空或氩气保护气氛下进行打印；
步骤4，对步骤3制得的坯料进行退火热处理，制得半成品；所述的退火热处理为四重退火热处理，具体为：对坯料进行首次退火处理，退火温度为800℃，保温6.5小时；随后进行二次退火处理，退火温度为550℃，保温10.5小时；然后进行三次退火处理，退火温度为500℃，保温13.5小时；最后进行四次退火，退火温度为315℃，保温17小时后在空气中进行自然冷却即可。
步骤5，对步骤4制得的半成品进行精加工；具体为：对所述半成品进行抛光处理到表面粗糙度为2.0μm；
步骤6，对步骤5精加工后的半成品首先进行阳极化表面处理以在所述精加工后的半成品表面形成阳极化层；最后再采用工业CT进行无损检测，即成。
实施例4：
一种钴合金的3D打印方法，其包括以下步骤：
步骤1，制备钴合金粉末作为3D打印的原材料；具体为：将钴合金粉末与改良粉末在混粉机中混合均匀，将混合均匀后的粉末进行高能球磨，最后筛选出粒度为10μm的粉体，获得用于3D打印原材料的钴合金粉末；所述改良粉末为TiB2、B4C及SiC中的一种；所述高能球磨的转速为600r/min。
步骤2，利用三维软件对待打印的钴合金设备进行设计；具体为：首先设计待打印钴合金设备的外形尺寸，再设计喷涂层的厚度，最后设计壁厚偏差；
步骤3，激光3D打印成型，制得坯料；所述激光3D打印的激光功率为190W，扫描速度为1600mm/s，在真空或氩气保护气氛下进行打印；
步骤4，对步骤3制得的坯料进行退火热处理，制得半成品；所述的退火热处理为四重退火热处理，具体为：对坯料进行首次退火处理，退火温度为750℃，保温8小时；随后进行二次退火处理，退火温度为500℃，保温12小时；然后进行三次退火处理，退火温度为450℃，保温15小时；最后进行四次退火，退火温度为250℃，保温18小时后在空气中进行自然冷却即可。
步骤5，对步骤4制得的半成品进行精加工；具体为：对所述半成品进行抛光处理到表面粗糙度为2.5μm；
步骤6，对步骤5精加工后的半成品首先进行阳极化表面处理以在所述精加工后的半成品表面形成阳极化层；最后再采用工业CT进行无损检测，即成。
实施例5：
一种钴合金的3D打印方法，其包括以下步骤：
步骤1，制备钴合金粉末作为3D打印的原材料；具体为：将钴合金粉末与改良粉末在混粉机中混合均匀，将混合均匀后的粉末进行高能球磨，最后筛选出粒度为25μm的粉体，获得用于3D打印原材料的钴合金粉末；所述改良粉末为TiB2、B4C及SiC中的一种；所述高能球磨的转速为1000r/min。
步骤2，利用三维软件对待打印的钴合金设备进行设计；具体为：首先设计待打印钴合金设备的外形尺寸，再设计喷涂层的厚度，最后设计壁厚偏差；
步骤3，激光3D打印成型，制得坯料；所述激光3D打印的激光功率为220W，扫描速度为1900mm/s，在真空或氩气保护气氛下进行打印；
步骤4，对步骤3制得的坯料进行退火热处理，制得半成品；所述的退火热处理为四重退火热处理，具体为：对坯料进行首次退火处理，退火温度为850℃，保温5小时；随后进行二次退火处理，退火温度为650℃，保温9小时；然后进行三次退火处理，退火温度为580℃，保温12小时；最后进行四次退火，退火温度为380℃，保温16小时后在空气中进行自然冷却即可。
步骤5，对步骤4制得的半成品进行精加工；具体为：对所述半成品进行抛光处理到表面粗糙度为1.8μm；
步骤6，对步骤5精加工后的半成品首先进行阳极化表面处理以在所述精加工后的半成品表面形成阳极化层；最后再采用工业CT进行无损检测，即成。
实施例6：
一种钴合金的3D打印方法，其包括以下步骤：
步骤1，制备钴合金粉末作为3D打印的原材料；具体为：将钴合金粉末与改良粉末在混粉机中混合均匀，将混合均匀后的粉末进行高能球磨，最后筛选出粒度为18μm的粉体，获得用于3D打印原材料的钴合金粉末；所述改良粉末为TiB2、B4C及SiC中的一种；所述高能球磨的转速为900r/min。
步骤2，利用三维软件对待打印的钴合金设备进行设计；具体为：首先设计待打印钴合金设备的外形尺寸，再设计喷涂层的厚度，最后设计壁厚偏差；
步骤3，激光3D打印成型，制得坯料；所述激光3D打印的激光功率为250W，扫描速度为1750mm/s，在真空或氩气保护气氛下进行打印；
步骤4，对步骤3制得的坯料进行退火热处理，制得半成品；所述的退火热处理为四重退火热处理，具体为：对坯料进行首次退火处理，退火温度为770℃，保温5.5小时；随后进行二次退火处理，退火温度为580℃，保温11小时；然后进行三次退火处理，退火温度为520℃，保温14小时；最后进行四次退火，退火温度为350℃，保温16.5小时后在空气中进行自然冷却即可。
步骤5，对步骤4制得的半成品进行精加工；具体为：对所述半成品进行抛光处理到表面粗糙度为1.9μm；
步骤6，对步骤5精加工后的半成品首先进行阳极化表面处理以在所述精加工后的半成品表面形成阳极化层；最后再采用工业CT进行无损检测，即成。
实施例7：
一种钴合金的3D打印方法，其包括以下步骤：
步骤1，制备钴合金粉末作为3D打印的原材料；具体为：将钴合金粉末与改良粉末在混粉机中混合均匀，将混合均匀后的粉末进行高能球磨，最后筛选出粒度为13μm的粉体，获得用于3D打印原材料的钴合金粉末；所述改良粉末为TiB2、B4C及SiC中的一种；所述高能球磨的转速为650r/min。
步骤2，利用三维软件对待打印的钴合金设备进行设计；具体为：首先设计待打印钴合金设备的外形尺寸，再设计喷涂层的厚度，最后设计壁厚偏差；
步骤3，激光3D打印成型，制得坯料；所述激光3D打印的激光功率为230W，扫描速度为1600mm/s，在真空或氩气保护气氛下进行打印；
步骤4，对步骤3制得的坯料进行退火热处理，制得半成品；所述的退火热处理为四重退火热处理，具体为：对坯料进行首次退火处理，退火温度为820℃，保温7小时；随后进行二次退火处理，退火温度为590℃，保温10小时；然后进行三次退火处理，退火温度为480℃，保温12.5小时；最后进行四次退火，退火温度为280℃，保温16.8小时后在空气中进行自然冷却即可。
步骤5，对步骤4制得的半成品进行精加工；具体为：对所述半成品进行抛光处理到表面粗糙度为2.3μm；
步骤6，对步骤5精加工后的半成品首先进行阳极化表面处理以在所述精加工后的半成品表面形成阳极化层；最后再采用工业CT进行无损检测，即成。
实施例8：
一种钴合金的3D打印方法，其包括以下步骤：
步骤1，制备钴合金粉末作为3D打印的原材料；具体为：将钴合金粉末与改良粉末在混粉机中混合均匀，将混合均匀后的粉末进行高能球磨，最后筛选出粒度为18μm的粉体，获得用于3D打印原材料的钴合金粉末；所述改良粉末为TiB2、B4C及SiC中的一种；所述高能球磨的转速为800r/min。
步骤2，利用三维软件对待打印的钴合金设备进行设计；具体为：首先设计待打印钴合金设备的外形尺寸，再设计喷涂层的厚度，最后设计壁厚偏差；
步骤3，激光3D打印成型，制得坯料；所述激光3D打印的激光功率为240W，扫描速度为1850mm/s，在真空或氩气保护气氛下进行打印；
步骤4，对步骤3制得的坯料进行退火热处理，制得半成品；所述的退火热处理为四重退火热处理，具体为：对坯料进行首次退火处理，退火温度为760℃，保温8小时；随后进行二次退火处理，退火温度为630℃，保温9小时；然后进行三次退火处理，退火温度为490℃，保温14.5小时；最后进行四次退火，退火温度为290℃，保温16.5小时后在空气中进行自然冷却即可。
步骤5，对步骤4制得的半成品进行精加工；具体为：对所述半成品进行抛光处理到表面粗糙度为1.9μm；
步骤6，对步骤5精加工后的半成品首先进行阳极化表面处理以在所述精加工后的半成品表面形成阳极化层；最后再采用工业CT进行无损检测，即成。
实施例9：
一种钴合金的3D打印方法，其包括以下步骤：
步骤1，制备钴合金粉末作为3D打印的原材料；具体为：将钴合金粉末与改良粉末在混粉机中混合均匀，将混合均匀后的粉末进行高能球磨，最后筛选出粒度为23μm的粉体，获得用于3D打印原材料的钴合金粉末；所述改良粉末为TiB2、B4C及SiC中的一种；所述高能球磨的转速为900r/min。
步骤2，利用三维软件对待打印的钴合金设备进行设计；具体为：首先设计待打印钴合金设备的外形尺寸，再设计喷涂层的厚度，最后设计壁厚偏差；
步骤3，激光3D打印成型，制得坯料；所述激光3D打印的激光功率为200W，扫描速度为1900mm/s，在真空或氩气保护气氛下进行打印；
步骤4，对步骤3制得的坯料进行退火热处理，制得半成品；所述的退火热处理为四重退火热处理，具体为：对坯料进行首次退火处理，退火温度为830℃，保温7.5小时；随后进行二次退火处理，退火温度为620℃，保温11小时；然后进行三次退火处理，退火温度为500℃，保温12.5小时；最后进行四次退火，退火温度为300℃，保温17.5小时后在空气中进行自然冷却即可。
步骤5，对步骤4制得的半成品进行精加工；具体为：对所述半成品进行抛光处理到表面粗糙度为2.0μm；
步骤6，对步骤5精加工后的半成品首先进行阳极化表面处理以在所述精加工后的半成品表面形成阳极化层；最后再采用工业CT进行无损检测，即成。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种钴合金的3D打印方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1，制备钴合金粉末作为3D打印的原材料；
步骤2，利用三维软件对待打印的钴合金设备进行设计；
步骤3，激光3D打印成型，制得坯料；
步骤4，对步骤3制得的坯料进行退火热处理，制得半成品；
步骤5，对步骤4制得的半成品进行精加工；
步骤6，对步骤5精加工后的半成品进行表面处理及无损检测，即成；
所述步骤1具体为：将钴合金粉末与改良粉末在混粉机中混合均匀，将混合均匀后的粉末进行高能球磨，最后筛选出粒度为10-25μm的粉体，获得用于3D打印原材料的钴合金粉末，所述改良粉末为TiB2、B4C及SiC中的一种，所述高能球磨的转速为500-1000r/min；
所述步骤2具体为：首先设计待打印钴合金设备的外形尺寸，再设计喷涂层的厚度，最后设计壁厚偏差；
所述步骤3中，所述激光3D打印的激光功率为180-280W，扫描速度为1600-2000mm/s，在真空或氩气保护气氛下进行打印；
所述步骤4中的退火热处理为四重退火热处理，具体为：对坯料进行首次退火处理，退火温度为750-850℃，保温5-8小时；随后进行二次退火处理，退火温度为500-650℃，保温9-12小时；然后进行三次退火处理，退火温度为450-580℃，保温12-15小时；最后进行四次退火，退火温度为250-380℃，保温16-18小时后在空气中进行自然冷却即可。
2.根据权利要求1所述的一种钴合金的3D打印方法，其特征在于，所述步骤5具体为：对所述半成品进行抛光处理到表面粗糙度为1.3-2.8μm。
3.根据权利要求1所述的一种钴合金的3D打印方法，其特征在于，所述步骤6中，所述表面处理为阳极化表面处理以在所述精加工后的半成品表面形成阳极化层。
4.根据权利要求1所述的一种钴合金的3D打印方法，其特征在于，所述步骤6中，所述无损检测为采用工业CT进行扫描检测。
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