CN111872395B

CN111872395B - 镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法

Info

Publication number: CN111872395B
Application number: CN202011039384.XA
Authority: CN
Inventors: 程康康; 李会霞; 贺卫卫; 朱纪磊; 车倩颖; 汤慧萍; 向长淑; 陈睿; 曹静轩
Original assignee: Xi'an Sailong Metal Materials Co ltd
Current assignee: Xi'an Sailong Additive Technology Co ltd
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2021-01-19
Anticipated expiration: 2040-09-28
Also published as: CN111872395A

Abstract

本发明是关于一种镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法。该方法包括：构建待加工工件三维模型；构建稳固件三维模型；对待加工工件的三维模型及稳固件的三维模型进行切片处理；将镍基合金粉末装入粉仓中，对粉床成形底板进行铺粉前预热；将粉仓中的镍基合金粉末均匀铺设在成形底板上，对镍基合金粉末成形区域进行预热；对预热后的镍基合金粉末进行选区熔化扫描得到单层实体片层；重复铺粉、铺粉后预热和选区熔化扫描工艺，直至得到目标工件。本发明有利于促使镍基合金粉末快速的定向凝固；很大程度上解决了粉末较难固定在粉床上而导致成形失败或成形缺陷的问题；且待熔化镍基合金粉末层与相邻下层之间具有超高的温度梯度，有利于镍基单晶的形成。

Description

镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法。

背景技术

镍基高温合金广泛应用于航空、航天、舰船、发电、机床、石油和化工等工业领域，在整个高温合金领域中，镍基高温合金占有非常重要的地位，与铁基和钴基合金相比，镍基高温合金具有更优异的高温性能、良好的抗氧化性和抗腐蚀性，镍基高温合金的发展决定了航空涡轮发动机的发展，也决定了航空工业的发展。电子束选区熔化(EBSM)技术，是当前主流的金属增材制造技术之一，该技术是以高能电子束为能量源，在真空保护下高速扫描加热预置的金属粉末，通过逐层熔化叠加成形制造三维复杂结构件。

相关技术中，镍基单晶成形方法多为螺旋生长法和籽晶法，但在实际生产中，上述方法受零件结构形状、内腔型芯结构形状及工艺、型壳工艺、零件组合方案、凝固设备条件等多方面因素影响，导致单晶零件的制备过程复杂而繁琐、工艺参数不易定型，使得镍基单晶零件的成本大幅提高。而采用增材制造技术来打印镍基单晶零件时容易出现以下问题，如激光选区熔化技术在打印镍基单晶时容易发生开裂，随着零件沉积高度的增加，不易形成单晶结构，所以不能形成大件单晶结构件等。

因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本发明首先提供一种镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法，包括以下步骤：

构建待加工工件的三维模型，所述待加工工件三维模型的底部包括选晶结构模型；

构建稳固件的三维模型，所述稳固件设置在所述待加工工件外围；

对所述待加工工件的三维模型及所述稳固件的三维模型进行切片处理，得到切层数据，并将所述切层数据导入电子束选区熔化设备；

将镍基合金粉末装入所述电子束选区熔化设备粉仓中，并将粉床成形底板下降预设高度，采用电子束对所述粉床成形底板进行铺粉前预热，预热至900~1100℃；

将所述粉仓中的镍基合金粉末均匀铺设在预热后的成形底板上，采用电子束对所述镍基合金粉末成形区域进行预热；

根据切层数据对预热后的镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到单层实体片层；

重复上述铺粉工艺、铺粉后预热工艺和选区熔化扫描工艺，直至单层实体片层逐层堆积，得到目标工件；

其中，进行选区熔化扫描时先对稳固件切层进行选区熔化扫描成形再对待加工工件切层进行选区扫描成形；且选区熔化扫描过程中所述成形底板下方紧挨所述成形底板设置有冷却块，以使得待熔化镍基合金粉末层与相邻下层之间具有预设温度梯度。

本公开的一实施例中，所述根据切层数据对预热后的镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到单层实体片层包括以下步骤：

对预热后的镍基合金粉末进行选区熔化扫描得到单层实体片层；

采用电子束对所述粉床进行保温操作使其温度控制在900~1000℃，并对所述待加工工件的单层实体片层进行选区重熔扫描，使其表面处于熔融状态。

本公开的一实施例中，所述选晶结构模型为锥形、圆柱形或哑铃形状。

本公开的一实施例中，所述选晶结构模型的高度为5~15mm，最小横截面直径为10~30mm。

本公开的一实施例中，所述稳固件为多孔镂空结构。

本公开的一实施例中，所述稳固件的高度≥5mm，所述稳固件内轮廓与待加工工件的外轮廓相距0~10mm，所述稳固件外轮廓与电子束选区熔化设备粉床成形底板预热区域边缘相距≥5mm。

本公开的一实施例中，对所述待加工工件的三维模型及所述稳固件的三维模型进行切片处理时的切层厚度为0.03~0.08mm。

本公开的一实施例中，所述镍基合金粉末的质量含量大于等于99.9%，为球形度大于90%的球形粉末，粉末粒径为45~178μm，级配后的粉末松装密度大于4.12g/cm³，流动性小于21s/50g。

本公开的一实施例中，所述冷却块在成形底板下方空间可移动，且所述冷却块为铜制外壳包裹冷却液。

本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：

根据本发明提供的镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法，以电子束为能量源，利用其能量密度高、利用率高的优势，使镍基合金粉末能够较充分熔融，通过选晶结构的设置，有利于促使镍基合金粉末快速的定向凝固；通过稳固件的设置，很大程度上解决了粉末较难固定在粉床上而导致成形失败或成形缺陷的问题；并且在电子束熔化扫描过程中，通过冷却块的设置使得待熔化镍基合金粉末层与相邻下层之间具有超高的温度梯度，有利于镍基单晶的形成；在一定程度上解决了现有技术易开裂，较难形成较大单晶结构构件的问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明实施例中单晶或定向凝固零件的制备方法步骤流程图；

图2示出本发明实施例中代加工工件选晶结构示意图；

图3示出本发明实施例中代加工工件及稳固件结构示意图；

图4示出本发明实施例中冷却块设置位置示意图。

其中：1-待加工工件，2-选晶结构，3-稳固件，4-冷却块，5-成形底板。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

本发明实施例中首先提供了一种镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法。参考图1中所示，该制备方法可以包括以下步骤：

步骤S101：构建待加工工件1的三维模型，所述待加工工件1三维模型的底部包括选晶结构2模型；

步骤S102：构建稳固件3的三维模型，所述稳固件3设置在所述待加工工件1外围；

步骤S103：对所述待加工工件1的三维模型及所述稳固件3的三维模型进行切片处理，得到切层数据，并将所述切层数据导入电子束选区熔化设备；

步骤S104：将镍基合金粉末装入所述电子束选区熔化设备粉仓中，并将粉床成形底板5下降预设高度，采用电子束对所述粉床成形底板5进行铺粉前预热，预热至900~1100℃；

步骤S105：将所述粉仓中的镍基合金粉末均匀铺设在预热后的成形底板5上，采用电子束对所述镍基合金粉末成形区域进行预热；

步骤S106：根据切层数据对预热后的镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到单层实体片层；其中，进行选区熔化扫描时先对稳固件3切层进行选区熔化扫描成形再对待加工工件1切层进行选区扫描成形；且选区熔化扫描过程中所述成形底板5下方紧挨所述成形底板5设置有冷却块4，以使得待熔化镍基合金粉末层与相邻下层之间具有预设温度梯度。

步骤S107：重复上述铺粉工艺、铺粉后预热工艺和选区熔化扫描工艺，直至单层实体片层逐层堆积，得到目标工件。

具体的，在步骤S101中，在构件待加工工件1的三维模型时，需在待加工工件1底部构建选晶结构2模型，选晶结构有利于促使镍基合金的定向凝固，在待加工工件1模型底部设置选晶结构2模型，在电子束扫描打印过程中，有利于形成定向凝固的工件或单晶结构的工件。

在步骤S102中，如图3所示，由于镍基合金粉末的自身材料特性，将镍基粉末铺设在粉床成形底板5上时，容易被移动的刮刀刮走，很难在铺粉后预热过程中使得镍基合金粉末固定在粉床上，这样在后续的打印中容易造成工件翘起变形的缺陷或者直接导致打印失败；因此，可以构建稳固件3的三维模型解决上述问题，使得稳固件3三维模型将待加工工件1三维模型包围在其中，稳固件3的具体形状可以根据待加工工件1的形状进行确定。

在步骤S103中，对所述待加工工件1的三维模型及所述稳固件3的三维模型进行切片处理，得到切层数据，对所述切层数据进行扫描路径规划形成扫描路径数据，具体数据处理过程，可以是利用计算机技术将目标产品的三维模型分切成一系列薄层，将三维立体数据分解得到二维平面数据，将规划后的所述扫描路径数据导入电子束选区熔化设备，即将上一步骤中分解得到的二维平面数据导入电子束选取熔化设备中，电子束选区熔化设备采用电子束作为热源，具有能量转换效率高，熔深大，熔化充分的优点。

在步骤S104中，将镍基合金粉末装入所述电子束选区熔化设备粉仓中，镍基合金粉末可以是镍基单晶粉末，将粉末装入粉仓后将粉床成形室底板下降预设高度，所述预设高度的高低与预热温度、粉末粒度、切层厚度等数据相关，具体的可以是将粉床成形室底板下降0.5~0.8mm；采用电子束对所述粉床成形式底板进行预热，将其预热至900~1100℃。具体的，对粉床成形底板5预热可以包括三个步骤：冷板加热：采用电流为5~10mA、扫描速度为15~25m/s的电子束扫描底板15~20min，使得处于室温状态的底板温度提高；快速加热：采用电流为20~30mA，扫描速度为15~25m/s的电子束扫描底板20~30min，使得处于400℃左右状态的底板温度快速提高；热量均衡：采用电流25~30mA，扫描速度为15~25m/s的电子束扫描底板10~20min，使得处于800~900℃状态的底板温度慢速增加，直至达到目标温度。

在步骤S105中，将粉仓中的镍基合金粉末均匀铺设在预热后的成形底板5上采用电子束对所述镍基合金粉末成形区域进行预热；由于镍基合金粉床很难固定，所以在粉床预烧结时需要提供较高的烧结能量，提高粉床预烧结的热输入，有利于固定粉床，同时也有利于减少打印过程中由于电子束打印冲击力导致的飞溅现象。

在步骤S106中，根据切层数据对预热后的镍基合金粉末进行选区熔化扫描，具体过程为先对稳固件3切层进行扫描，第一步采用扫描速率为0.5~0.8m/s，扫描电流为4~7mA，电子束扫描间距0.05mm~0.1mm对所述稳固件3外轮廓进行点扫描，第二步采用扫描速率为0.5~0.8m/s，扫描电流为4~7mA，电子束扫描间距0.05mm~0.1mm对多孔围框进行熔化成形。对稳固件3扫描完成后对待加工工件1切层进行选区熔化扫描，具体为在电子束扫描速率为1.2-4.5m/s、扫描电流为6.5-16mA、电子束扫描间距0.05mm~0.1mm的条件下对待加工工件1的切层进行选区扫描。采用上述参数范围内的熔化功率和熔化速度，同时控制选区熔化过程中的熔化速率与熔化速度的配合，可使得在选区熔化待加工工件1时，待熔化镍基合金粉末层与相邻下层之间存在一个较高的温度梯度，且上述熔化速度有利于待加工工件1表面的快速凝固，并且对待加工工件1采用上述一次熔化工艺，在一定程度上可以得到镍基合金定向凝固组织。温度梯度是形成镍基单晶的关键技术，形成镍基单晶需要很高的温度梯度，因此所述预设温度梯度为有利于形成镍基单晶的超高温度梯度，所以，为进一步的增大待熔化镍基合金粉末层与相邻下层之间的温度差，可在选区熔化扫描过程中在所述成形底板5下方紧挨所述成形底板5设置冷却块4，具体的所述冷却块4为电子束选区熔化设备选区熔化扫描前放入成形底板5下方空间中，在进行切层选区熔化扫描时将冷却块4移动至成形底板5下方并且紧挨底板，冷却块4可以是单个的，冷却块4的大小不小于待加工工件1底层截面面积，冷却块4也可以是包括多个小的冷却块4，具体个数根据待加工工件底层截面大小进行设置，通过上述冷却块4的设置及与上述参数范围的熔化功率和熔化速度的配合，可使得镍基合金粉末层与相邻下层之间形成预设温度梯度即有利于形成镍基单晶的超高温度梯度。

在步骤S107中：重复上述铺粉工艺、铺粉后预热工艺和选区熔化扫描工艺，直至单层实体片层逐层堆积，形成电子束选区熔化成形件，将所述成形件冷却至室温后取出，将选晶结构2部分进行切割分离，并去除成形件上未熔化的镍基合金粉末，从而得到目标工件。具体的，在进行逐层选区熔化扫描时，相邻两切片层的扫描方向可以相互垂直，

上述镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法以电子束为能量源，利用其能量密度高、利用率高的优势，使镍基合金粉末能够较充分熔融，通过选晶结构2的设置，有利于促使镍基合金粉末快速的定向凝固；通过稳固件3的设置，很大程度上解决了粉末较难固定在粉床上而导致成形失败或成形缺陷的问题；并且在电子束熔化扫描过程中，通过冷却块4的设置使得待熔化镍基合金粉末层与相邻下层之间具有超高的温度梯度，有利于镍基单晶的形成；在一定程度上解决了现有技术易开裂，较难形成较大单晶结构构件的问题。

下面，将参考图1至图4对本示例实施方式中的上述镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法的各个部分进行更详细的说明。

在一个实施例中，所述根据切层数据对预热后的镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到单层实体片层可以包括以下步骤：

步骤S1061：对预热后的镍基合金粉末进行选区熔化扫描得到单层实体片层；

步骤S1062：采用电子束对所述粉床进行保温操作使其温度控制在900~1000℃，并对所述待加工工件1的单层实体片层进行选区重熔扫描，使其表面处于熔融状态。

具体的，在步骤S1061中，采用25~35mA的熔化电流，0.4~0.6V离焦量的电子束扫描10~20s，将粉床温度控制在900℃-1000℃之间；在步骤S1062中，采用5mA~10mA的扫描电流、0.6~1.5m/s的扫描速度对待加工工件1的实体片层进行选区重熔工艺使零件表面处于熔融状态；此温度控制范围及零件表面的熔融状态有益于为单晶生长或定向凝固组织的形成提供大的温度梯度，此工艺促使镍基合金或镍基单晶快速生长，在一定程度上降低了零件打印过程出现的吹粉，严重飞溅等现象，有利于形成目标工件，提高了工件的成形质量。

在一个实施例中，如图2所示，所述选晶结构2模型可以为锥形、圆柱形或哑铃形状。

示例性的，所述选晶结构2模型的顶部与所述待加工工件1连接处的底部形状及面积相近或相同。

在一个实施例中，所述选晶结构2模型的高度可以为5~15mm，最小横截面直径可以为10~30mm。

示例的，选晶结构尺寸高度可以为5~15mm，最小横截面直径为10~30mm，选择该尺寸下的选晶结构，一方面是为了引导单晶的快速生长，一方面是减少加工损耗节约资源。

在一个实施例中，如图3所示，所述稳固件3可以为多孔镂空结构。

示例性的，所述稳固件3可以为多孔镂空结构，多孔镂空结构相对于实体结构节省了材料，降低了打印费用，并且有益于快速工程化设计；所述稳固件3的多孔镂空模型可使用现有的模拟软件进行构件，可以是是由多个菱形十二面体组成的镂空模型也可以是由多个十字架结构组成的镂空模型，具体的，单个菱形十二面体结构或单个十字架结构的单胞三维尺寸可以是x=10~20mm 、y=10~20mm、 z=10~20mm。

在一个实施例中，所述稳固件3的高度可以≥5mm，所述稳固件内轮廓与待加工工件1的外轮廓相距0~10mm，所述稳固件外轮廓与电子束选区熔化设备粉床成形底板5预热区域边缘相距≥5mm。

示例性的，所述稳固件3高度可以在5mm以上，此高度的稳固件3能够对粉床有较好的稳固作用，并且所述稳固件3的形状可以是正六面体，正六面体的底面边缘距离所述粉床成形底板5预热区域的距离为5~15mm，设计合适的间距有利于保护零件使其能够成功打印；稳固件3的内轮廓需与待加工工件1的外轮廓相距0~10mm，稳固件3的外轮廓需与电子束选区熔化设备粉床底板预热区域边缘相距≥5mm，即稳固件3的外轮廓需略小于粉床成形底板5的预热区域，在此范围内能使得稳固件3模型较好的被电子束选区扫描成形，有利于保护零件成功打印。

在一个实施例中，对所述待加工工件1的三维模型及所述稳固件3的三维模型进行切片处理时的切层厚度可以为0.03~0.08mm。

示例性的，设置上述尺寸的切层厚度有利于粉床固定和有利于高质量零件打印，在一定程度上降低了打印过程中出现孔洞等缺陷的概率。

在一个实施例中，所述镍基合金粉末的质量含量可以大于等于99.9%，可以为球形度大于90%的球形粉末，粉末粒径可以为45~178μm，级配后的粉末松装密度大于4.12g/cm³，流动性小于21s/50g。

示例性的，镍基合金粉末采用上述参数进行配比，在一定程度上能够得到高品质的电子束选区熔化技术所使用粉末，使得在电子束选区熔化扫描后可得到高质量零件。

在一个实施例中，所述冷却块在成形底板下方空间可移动，且所述冷却块为铜制外壳包裹冷却液。具体的，所述冷却块4可以为电子束选区熔化设备选区熔化扫描前放入成形底板5下方空间中，在进行切层选区熔化扫描时将冷却块4移动至成形底板5下方并且紧挨底板。所述冷却块4为铜质外壳包裹冷却液，铜制外壳的冷却块4导热效率较高，所述冷却块4可以先进行冷却，在使用时从冷却室取出放置入粉床成形底板5下方；所述冷却块4上也可以设置进液管道和排液管道，在使用过程中向冷却块4中实时充入冷却液，并同时将温度已升高的冷却液进行排除；通过冷却块的设置，在为零件凝固提供高的温度梯度的同时也能一定程度不影响整体粉床的温度。

需要理解的是，上述描述中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims

1.一种镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将镍基合金粉末装入所述电子束选区熔化设备粉仓中，并将粉床成形底板下降预设高度，对所述粉床成形底板进行铺粉前预热，预热至900~1100℃；

2.根据权利要求1所述一种镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法，其特征在于，所述根据切层数据对预热后的镍基合金粉末进行选区熔化扫描以得到单层实体片层包括以下步骤：

3.根据权利要求1或2任一项所述一种镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法，其特征在于，所述选晶结构模型为锥形、圆柱形或哑铃形状。

4.根据权利要求3所述一种镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法，其特征在于，所述选晶结构模型的高度为5~15mm，最小横截面直径为10~30mm。

5.根据权利要求1或2任一项所述一种镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法，其特征在于，所述稳固件为多孔镂空结构。

6.根据权利要求5所述一种镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法，其特征在于，所述稳固件的高度≥5mm，所述稳固件内轮廓与待加工工件的外轮廓相距0~10mm，所述稳固件外轮廓与电子束选区熔化设备粉床成形底板预热区域边缘相距≥5mm。

7.根据权利要求1或2任一项所述一种镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法，其特征在于，对所述待加工工件的三维模型及所述稳固件的三维模型进行切片处理时的切层厚度为0.03~0.08mm。

8.根据权利要求1或2任一项所述一种镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法，其特征在于，所述镍基合金粉末的镍基合金质量含量大于等于99.9%，为球形度大于90%的球形粉末，粉末粒径为45~178μm，级配后的粉末松装密度大于4.12g/cm³，流动性小于21s/50g。

9.根据权利要求1或2任一项所述一种镍基合金单晶或定向凝固零件的制备方法，其特征在于，所述冷却块在成形底板下方空间可移动，且所述冷却块为铜制外壳包裹冷却液。