CN113857490A - 激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法。包括以下步骤：步骤一：将一定配比的Ni、Cr、Mo、Si粉末采用机械合金化方法得到均匀的混合粉末；步骤二：将步骤一得到混合粉末利用激光熔化(SLM)技术制备得到镍基复合材料样品。其中Ni的重量百分比37～69.5、Cr的重量百分比11～35、Mo的重量百分比8～25、Si的重量百分比3～5.5，并且上述各成分的含量之和为100％。本发明的激光熔化原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料原位生成的增强相含量高，具有良好的高温耐磨耐腐蚀性能，能广泛应用于高温氧化及腐蚀等环境下承受摩擦磨损作用的零部件。
Description
技术领域
本发明涉及激光增材制造技术领域，尤其涉及激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法。
背景技术
Cr-Si、Ti-Si、Mo-Si等过渡金属硅化物合金具有高熔点、高硬度和优良的高温力学性能，是新一代高温结构候选材料之—。但二元硅化物金属间化合物通常具有严重的脆性，极大限制其应用。Cr13Ni5Si2、Mo2Ni3Si等三元金属硅化物，不仅保持硅化物固有的高强度、高硬度和很强的原子间结合力，同时相对二元硅化物具有更好的韧性，另外具有成分范围宽的特点，但还是不能直接作为结构件使用。硅化物金属间化合物加工制备工艺性能不好，一般制备金属间化合物方法有粉末冶金、电弧熔炼、机械合金化等。激光熔化(SLM)是增材制造的典型工艺之一，其具有制备成型一体化的功能，可快速制备成分均匀组织致密的合金材料，对于用难熔金属制备高熔点金属间化合物也具有较大优势。
当使用激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的过程中，需要将经过球磨机研磨的Ni、Cr、Mo、Si粉末经真空干燥箱预热后，再采用NCL-M2150T激光熔化SLM装备成型，但是将真空箱内部空气抽走使真空箱内部逐渐处于真空状态时，空气从真空箱内部排出，易带动粉末在真空箱中飞舞，不方便收集。
因此，有必要提供一种新的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法解决上述技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种方便随粉末进行预热的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一：将一定配比的Ni、Cr、Mo、Si粉末采用机械合金化方法得到均匀的混合粉末；
步骤二：将步骤一得到混合粉末经过真空干燥箱后利用激光熔化技术制备得到镍基复合材料样品。
优选的，所述步骤一中所述的一定配比的Ni、Cr、Mo、Si粉末，其中Ni的重量百分比37～69.5、Cr的重量百分比11～35、Mo的重量百分比8～25、Si的重量百分比3～5.5，并且上述各成分的含量之和为100％。
优选的，步骤二中所述镍基复合材料组织组成相由原位生成的Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si三元金属硅化物固溶体增强相及镍基固溶体组成。
所述真空干燥箱包括：主体；封闭机构，所述封闭机构转动连接所述主体的侧壁；加热机构，所述加热机构安装于所述主体的内部；储存机构，所述储存机构包括储存箱、盖板、连通管、筒盖、纱布和限位条，所述主体的内部安装多个所述储存箱，所述储存箱的内部安装所述限位条，所述盖板抵触所述储存箱和所述限位条的侧壁；所述盖板的内部分别与多个所述连通管之间螺纹连接；所述连通管的内部卡合所述筒盖，且所述筒盖的内部安装所述纱布；连接机构，所述连接机构安装于所述主体的侧壁。
优选的，所述封闭机构包括箱门、密封套和连接条，所述主体的侧壁转动连接所述箱门，所述箱门的侧壁安装所述密封套，所述密封套卡合所述主体的内部；所述密封套的侧壁安装截面为三角形的所述连接条，所述连接条卡合所述主体的内部。
优选的，所述连接机构包括接头和阀门，所述主体的侧壁对称安装所述接头，且所述接头的侧壁安装所述阀门。
优选的，所述加热机构包括连接管、加热管、固定管、固定座和隔板，所述主体的侧壁两端分别安装所述连接管，所述主体的内部对称安装所述隔板，所述隔板和所述主体的底端分别等距铺设所述加热管，所述加热管连通所述连接管；所述主体的内部对称安装所述固定管，所述固定管的侧壁对称连通所述加热管，且所述加热管的两端分别固定连接所述固定座，所述加热管一端的所述固定座连接所述隔板和所述主体的内部；所述加热管另一端的所述固定座抵触所述储存箱的底面。
优选的，所述限位条的底端侧壁截面为弧形结构，所述限位条的顶端侧壁倾斜设置，且所述盖板卡合所述限位条的侧壁。
优选的，所述加热机构在所述主体的内部呈“Z”形结构。
与相关技术相比较，本发明提供的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法具有如下有益效果：
(1)本发明所述的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，通过一定配比的Ni、Cr、Mo、Si粉末，通过激光熔化原位自成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强相，相对于外加增强相，原位生成的增强相尺寸细小，与母相间的界面无杂志污染，两者之间有理想的原位匹配，界面结合好，增强颗粒热力学稳定。
(2)本发明所述的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，复合材料组织组成相由高含量原位生成的Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si三元金属硅化物固溶体增强相及镍基固溶体组成，高含量的双金属硅化物增强相使整个复合材料具有良好的高温耐磨耐腐蚀性能，同时具有足够的韧性，能广泛应用于高温氧化及腐蚀等环境下承受摩擦磨损作用的零部件。
(3)本发明提供激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，对需要对粉末进行加工时，将粉末放入所述储存箱的内部，移动所述盖板，使所述盖板卡合所述限位条和所述储存箱，使所述盖板将所述储存箱的顶端封闭，再将所述储存箱放在所述加热机构的表面，转动所述封闭机构，使所述封闭机构卡合所述主体将所述主体封闭，将所述主体底端的所述连接机构与真空泵连接，真空泵运作使所述主体内部的空气向下运动通过所述连接机构排出，此时所述储存箱内部的空气通过所述连通管逐渐向上运动从所述储存箱的内部排出再向下运动，增加空气的运动时间和距离，避免所述储存箱内部吸力过大造成粉末飞溅，且贯穿所述连通管的空气贯穿所述纱布，所述纱布阻挡粉末向上飘起，将粉末固定在所述储存箱的内部进行加热，避免粉末在所述主体内部飞溅；当所述储存箱使用结束后，转动所述连通管，将所述连通管从所述盖板的表面取下，再将所述筒盖和所述纱布从所述连通管的内部取下，便于将所述筒盖、所述连通管和所述纱布表面清理干净。
附图说明
图1为本发明提供的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的真空干燥箱的结构示意图；
图2为图1所示的主体内部结构示意图；
图3为图1所示的主体内部结构测视图；
图4为图3所示的A处结构放大示意图。
图中标号：1、主体，2、封闭机构，21、箱门，22、密封套，23、连接条，3、加热机构，31、连接管，32、加热管，33、固定管，34、固定座，35、隔板，4、连接机构，41、接头，42、阀门，5、储存机构，51、储存箱，52、盖板，53、连通管，54、筒盖，55、纱布，56、限位条。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1、图2、图3和图4，其中，激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：将一定配比的Ni、Cr、Mo、Si粉末采用机械合金化方法得到均匀的混合粉末；
步骤二：将步骤一得到混合粉末经过真空干燥箱后利用激光熔化技术制备得到镍基复合材料样品。
所述步骤一中所述的一定配比的Ni、Cr、Mo、Si粉末，其中Ni的重量百分比37～69.5、Cr的重量百分比11～35、Mo的重量百分比8～25、Si的重量百分比3～5.5，并且上述各成分的含量之和为100％。
步骤二中所述镍基复合材料组织组成相由原位生成的Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si三元金属硅化物固溶体增强相及镍基固溶体组成。
所述的真空干燥箱包括：主体1；封闭机构2，所述封闭机构2转动连接所述主体1的侧壁；加热机构3，所述加热机构3安装于所述主体1的内部；储存机构5，所述储存机构5包括储存箱51、盖板52、连通管53、筒盖54、纱布55和限位条56，所述主体1的内部安装多个所述储存箱51，所述储存箱51的内部安装所述限位条56，所述盖板52抵触所述储存箱51和所述限位条56的侧壁；所述盖板52的内部分别与多个所述连通管53之间螺纹连接；所述连通管53的内部卡合所述筒盖54，且所述筒盖54的内部安装所述纱布55；连接机构4，所述连接机构4安装于所述主体1的侧壁。
所述封闭机构2包括箱门21、密封套22和连接条23，所述主体1的侧壁转动连接所述箱门21，所述箱门21的侧壁安装所述密封套22，所述密封套22卡合所述主体1的内部；所述密封套22的侧壁安装截面为三角形的所述连接条23，所述连接条23卡合所述主体1的内部，为了方便转动所述箱门21，使所述箱体21带动所述密封套22和所述连接条23进入所述主体1的内部，所述密封套22和所述连接条23紧贴所述主体1的内部，将所述箱门21与所述主体1之间的缝隙封闭。
所述连接机构4包括接头41和阀门42，所述主体1的侧壁对称安装所述接头41，且所述接头41的侧壁安装所述阀门42，为了方便将所述接头41与真空泵连接，打开真空泵和所述阀门42，使真空泵将所述主体1内部的空气不断抽出。
所述加热机构3在所述主体1的内部呈“Z”形结构，所述加热机构3包括连接管31、加热管32、固定管32、固定座34和隔板35，所述主体1的侧壁两端分别安装所述连接管31，所述主体1的内部对称安装所述隔板35，所述隔板35和所述主体1的底端分别等距铺设所述加热管32，所述加热管32连通所述连接管31；所述主体1的内部对称安装所述固定管32，所述固定管32的侧壁对称连通所述加热管32，且所述加热管32的两端分别固定连接所述固定座34，；为了方便将所述主体1顶端的所述连接管31接通蒸汽，使蒸汽在所述连接管31、所述加热管32、所述固定管32的内部流动，蒸汽在所述主体1的内部呈“Z”运动，所述加热管32一端的所述固定座34连接所述隔板35和所述主体1的内部，从而将所述加热管32固定在所述主体1内部和所述隔板35的表面，所述加热管32另一端的所述固定座34抵触所述储存箱51的底面，增加所述储存箱51与所述固定座34的接触面积，将所述储存箱51稳定的放置在所述主体1的内部，且使所述加热管32内部蒸汽的热量通过所述固定座34进入所述储存箱51的内部为粉末进行预热。
所述限位条56的底端侧壁截面为弧形结构，为了方便粉末从所述储存箱51的内部倒出，所述限位条56的顶端侧壁倾斜设置，且所述盖板52卡合所述限位条56的侧壁，为了方便所述盖板52稳定牢固落在所述限位条56的表面，防止所述盖板52在所述储存箱51的表面晃动。
本发明提供的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法的工作原理如下：对需要对粉末进行加工时，将粉末放入所述储存箱51的内部，移动所述盖板52，使所述盖板52卡合所述限位条56和所述储存箱51，使所述盖板52将所述储存箱51的顶端封闭，再将所述储存箱51放置在所述固定座34的表面。转动所述箱门21，使所述箱体21带动所述密封套22和所述连接条23进入所述主体1的内部，所述密封套22和所述连接条23紧贴所述主体1的内部，将所述箱门21与所述主体1之间的缝隙封闭，将所述接头41与真空泵连接，打开真空泵和所述阀门42，使真空泵将所述主体1内部的空气不断抽出，随着所述主体1内部空气的减小，所述主体1内部压强减小，外界空气挤压所述箱门21，使截面三角形的所述连接条23不断挤压进入所述主体1的内部，进一步增加所述主体1的密封性。真空泵运作使所述主体1内部的空气向下运动通过所述接头41排出，此时所述储存箱51内部的空气通过所述连通管53逐渐向上运动从所述储存箱53的内部排出再向下运动，增加空气的运动时间和距离，避免所述储存箱53内部吸力过大造成粉末飞溅，且贯穿所述连通管53的空气贯穿所述纱布55，所述纱布55阻挡粉末向上飘起，将粉末固定在所述储存箱51的内部进行加热，避免粉末在所述主体1内部飞溅。将所述主体1顶端的所述连接管31接通蒸汽，使蒸汽在所述连接管31、所述加热管32、所述固定管32的内部向下流动，蒸汽在所述主体1的内部呈“Z”运动，所述加热管32一端的所述固定座34连接所述隔板35和所述主体1的内部，从而将所述加热管32固定在所述主体1内部和所述隔板35的表面，所述加热管32另一端的所述固定座34抵触所述储存箱51的底面，增加所述储存箱51与所述固定座34的接触面积，将所述储存箱51稳定的放置在所述主体1的内部，且使所述加热管32内部蒸汽的热量通过所述固定座34进入所述储存箱51的内部为粉末进行预热。
与相关技术相比较，本发明提供的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法具有如下有益效果：
本发明提供激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，对需要对粉末进行加工时，将粉末放入所述储存箱51的内部，移动所述盖板52，使所述盖板52卡合所述限位条56和所述储存箱51，使所述盖板52将所述储存箱51的顶端封闭，再将所述储存箱51放在所述加热机构3的表面，转动所述封闭机构2，使所述封闭机构2卡合所述主体1将所述主体1封闭，将所述主体1底端的所述连接机构4与真空泵连接，真空泵运作使所述主体1内部的空气向下运动通过所述连接机构4排出，此时所述储存箱51内部的空气通过所述连通管53逐渐向上运动从所述储存箱51的内部排出再向下运动，增加空气的运动时间和距离，避免所述储存箱51内部吸力过大造成粉末飞溅，且贯穿所述连通管51的空气贯穿所述纱布，所述纱布55阻挡粉末向上飘起，将粉末固定在所述储存箱51的内部进行加热，避免粉末在所述主体1内部飞溅；当所述储存箱51使用结束后，转动所述连通管53，将所述连通管53从所述盖板52的表面取下，再将所述筒盖54和所述纱布55从所述连通管53的内部取下，便于将所述筒盖54、所述连通管53和所述纱布55表面清理干净。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一：将一定配比的Ni、Cr、Mo、Si粉末采用机械合金化方法得到均匀的混合粉末；
步骤二：将步骤一得到混合粉末经过真空干燥箱后利用激光熔化技术制备得到镍基复合材料样品。
2.根据权利要求1所述的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，其特征在于，所述步骤一中所述的一定配比的Ni、Cr、Mo、Si粉末，其中Ni的重量百分比37～69.5、Cr的重量百分比11～35、Mo的重量百分比8～25、Si的重量百分比3～5.5，并且上述各成分的含量之和为100％。
3.根据权利要求1所述的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，其特征在于，步骤二中所述镍基复合材料组织组成相由原位生成的Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si三元金属硅化物固溶体增强相及镍基固溶体组成。
4.根据权利要求1所述的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，其特征在于，所述步骤二中的真空干燥箱包括：
主体(1)；
封闭机构(2)，所述封闭机构(2)转动连接所述主体(1)的侧壁；
加热机构(3)，所述加热机构(3)安装于所述主体(1)的内部；
储存机构(5)，所述储存机构(5)包括储存箱(51)、盖板(52)、连通管(53)、筒盖(54)、纱布(55)和限位条(56)，所述主体(1)的内部安装多个所述储存箱(51)，所述储存箱(51)的内部安装所述限位条(56)，所述盖板(52)抵触所述储存箱(51)和所述限位条(56)的侧壁；所述盖板(52)的内部分别与多个所述连通管(53)之间螺纹连接；所述连通管(53)的内部卡合所述筒盖(54)，且所述筒盖(54)的内部安装所述纱布(55)；
连接机构(4)，所述连接机构(4)安装于所述主体(1)的侧壁。
5.根据权利要求/4所述的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，其特征在于，所述封闭机构(2)包括箱门(21)、密封套(22)和连接条(23)，所述主体(1)的侧壁转动连接所述箱门(21)，所述箱门(21)的侧壁安装所述密封套(22)，所述密封套(22)卡合所述主体(1)的内部；所述密封套(22)的侧壁安装截面为三角形的所述连接条(23)，所述连接条(23)卡合所述主体(1)的内部。
6.根据权利要求5所述的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，其特征在于，所述连接机构(4)包括接头(41)和阀门(42)，所述主体(1)的侧壁对称安装所述接头(41)，且所述接头(41)的侧壁安装所述阀门(42)。
7.根据权利要求1所述的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，其特征在于，所述加热机构(3)包括连接管(31)、加热管(32)、固定管(32)、固定座(34)和隔板(35)，所述主体(1)的侧壁两端分别安装所述连接管(31)，所述主体(1)的内部对称安装所述隔板(35)，所述隔板(35)和所述主体(1)的底端分别等距铺设所述加热管(32)，所述加热管(32)连通所述连接管(31)；所述主体(1)的内部对称安装所述固定管(32)，所述固定管(32)的侧壁对称连通所述加热管(32)，且所述加热管(32)的两端分别固定连接所述固定座(34)；，所述加热管(32)一端的所述固定座(34)连接所述隔板(35)和所述主体(1)的内部；所述加热管(32)另一端的所述固定座(34)抵触所述储存箱(51)的底面。
8.根据权利要求1所述的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，其特征在于，所述限位条(56)的底端侧壁截面为弧形结构，所述限位条(56)的顶端侧壁倾斜设置，且所述盖板(52)卡合所述限位条(56)的侧壁。
9.根据权利要求1所述的激光熔化制备原位生成Cr13Ni5Si2+Mo2Ni3Si增强镍基复合材料的方法，其特征在于，所述加热机构(3)在所述主体(1)的内部呈“Z”形结构。
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