CN115156555B - 新型15-5ph不锈钢材料及其增材制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种新型15‑5PH不锈钢材料及其增材制造方法，涉及超高强度金属材料技术领域，所述新型15‑5PH不锈钢材料的增材制造方法包括以下步骤：在15‑5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末；将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上，并控制微锻头跟随所述激光移动，进行微锻处理，得到零件；对所述零件进行时效处理，得到新型15‑5PH不锈钢材料。本申请解决了现有技术激光增材制造15‑5PH钢的强度较低且材料性能具有明显的各向异性的技术问题。

Description

新型15-5PH不锈钢材料及其增材制造方法
技术领域
本申请涉及超高强度金属材料技术领域，尤其涉及一种新型15-5PH不锈钢材料及其增材制造方法。
背景技术
15-5PH钢是一种富Cu相沉淀硬化不锈钢，其Ni含量较高，保证冷却过程中马氏体的生成，避免大量铁素体的存在导致热裂倾向。15-5PH钢因具有较高的强度和耐蚀性被广泛地运用于航空航天、石油化工工业、船舶设施等。高性能的15-5PH钢一般通过锻造方法获得。然而锻造后15-5PH硬度提高，难以加工成复杂零部件，限制了其广泛应用。近年来，随着激光增材制造技术的发展，可实现高性能金属零件的近净成形和修复，逐渐成了加工15-5PH钢的一条重要途径。
然而，激光增材制造15-5PH钢目前仍然处在实验室研发阶段，迄今为止没有得到大规模的工业应用，所涉及的难点主要体现在以下两个方面：（1）打印过程中产生的夹杂、气孔和未熔粉末等质量缺陷导致的微观组织不均匀，使材料性能产生各向异性；（2）目前用于增材制造的15-5PH钢材料，强度仍比较低，达不到超高强韧钢的要求。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种新型15-5PH不锈钢材料及其增材制造方法，旨在解决现有技术激光增材制造15-5PH钢的强度较低且材料性能具有明显的各向异性的技术问题。
为实现上述目的，本申请提供一种新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法，所述新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法包括以下步骤：
在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末；
将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上，并控制微锻头跟随所述激光移动，进行微锻处理，得到零件；
对所述零件进行时效处理，得到新型15-5PH不锈钢材料。
可选地，所述增材制造原料粉末的粒径为50-150μm。
可选地，所述在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末的步骤包括：
在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备预合金锭；
对所述预合金锭进行气雾化处理，过筛后得到增材制造原料粉末。
可选地，所述在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末的步骤包括：
获取15-5PH不锈钢和铝元素，其中，所述15-5PH不锈钢为15-5PH不锈钢粉末，所述15-5PH不锈钢粉末的粒径为50-150μm，所述铝元素为铝粉末，所述铝粉末的平均粒径为60-70μm；
将所述15-5PH不锈钢粉末与所述铝粉末混合，得到增材制造原料粉末。
可选地，所述增材制造原料粉末中15-5PH不锈钢的质量分数为95-99%，铝的质量分数为1-5%。
可选地，所述激光加热熔化过程的工艺参数包括：
激光功率1.5-2.0 kW；光斑直径0.8-1.5 mm；扫描速度600-1000 mm/s；送粉速率1-12 g/min；保护气体束直径5 mm；保护气体束流量5-25 L/min；单层厚度0.3-1.2mm。
可选地，所述时效处理的工艺参数包括：
时效处理温度480-520℃；保温时间40-120min。
可选地，所述微锻头的下压力为4-12 KN。
可选地，所述将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上的步骤包括：
获取316不锈钢板材；
将所述316不锈钢板材的表面进行喷砂处理和打磨抛光处理，得到基板；
将所述基板放置于成形平台上，基于预设的沉积路径，将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上，并同步向熔池吹送保护气体，逐层进行激光熔化沉积。
进一步地，本申请还提供一种新型15-5PH不锈钢材料，所述新型15-5PH不锈钢材料采用如上所述的新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法制备得到。
本申请提供了一种新型15-5PH不锈钢材料及其增材制造方法，所述新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法包括步骤：在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末；将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上，并控制微锻头跟随所述激光移动，进行微锻处理，得到零件；对所述零件进行时效处理，得到新型15-5PH不锈钢材料。通过上述技术方案，通过将铝元素添加到15-5PH不锈钢中制备增材制造原料粉末，在时效处理时，零件中可以同时析出B2型NiAl相和富Cu相，析出相的尺寸在10 nm以下，位错体密度大于2.8×1024/m3，达到双相协同强化效果，相比于现有技术激光熔化沉积制备的15-5PH不锈钢，所述新型15-5PH不锈钢材料由于未经固溶处理直接进行时效处理，可以保留部分残留的奥氏体，故而仍可以保持较好的加工性能，而强度大大提高，可达到1500MPa以上，通过微锻头与熔覆头的联动，在通过激光加热熔化的过程中对还未完全固化的材料进行微锻处理，可以有效地减少孔缺陷和组织的不均匀性，有效减弱了材料性能的各向异性，提高了新型15-5PH不锈钢材料的材料性能的稳定性，降低了新型15-5PH不锈钢材料因性能的各向异性导致的提前失效的风险，克服了现有技术激光增材制造15-5PH钢的强度较低且材料性能具有明显的各向异性的技术问题。
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，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法的一实施例的流程示意图；
图2为本申请中增材制造原料粉末的一种可实施方式的形貌图；
图3为本申请中不经微锻处理制备得到的15-5PH不锈钢材料的一种可实施方式的金相组织图；
图4为本申请中微锻辅助激光熔化沉积制备得到的新型15-5PH不锈钢材料的一种可实施方式的金相组织图。
本申请目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供一种新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法，在本申请新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法的一实施例中，参照图1，所述新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法包括：
步骤S10，在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末；
在本实施例中，需要说明的是，所述15-5PH不锈钢是指一种马氏体、析出硬化、铬镍铜不锈钢，具有很好的表面光滑性和尺寸稳定性，加工工艺性好，力学性能优良，耐一般腐蚀环境，所述铝原元素可以以纯铝或含铝元素的中间合金作为铝原料添加至15-5PH不锈钢成分中。
具体地，根据预设的15-5PH不锈钢的质量分数、铝元素的质量分数和所述增材制造原料粉末的实际需求总量，确定所述15-5PH不锈钢的添加量和所述铝元素的添加量，并根据所述15-5PH不锈钢的添加量和所述铝元素的添加量称取15-5PH不锈钢原料和铝原料，将称取的所述15-5PH不锈钢原料与称取的所述铝原料充分混合，制备增材制造原料粉末，其中，所述增材制造原料粉末为球形或类球形，所述增材制造原料粉末的粒径可以根据激光熔化沉积所采用的设备、产品实际需要、加工测试结果等进行确定。
可选地，所述增材制造原料粉末的粒径为50-150μm。
在本实施例中，所述增材制造原料粉末的粒径大小并非完全相同，可以通过制粉工艺、过筛等方式将增材制造原料粉末的粒径控制在50-150μm的范围内。
可选地，所述增材制造原料粉末中15-5PH不锈钢的质量分数为95-99%，铝的质量分数为1-5%。
在本实施例中，所述增材制造原料粉末由15-5PH不锈钢和铝组成，当Al的质量分数大于5％时，打印成型后的致密度会逐渐下降，故而确定所述15-5PH不锈钢的质量分数为95-99%，例如95%、96.2%、99%等，所述铝的质量分数为1-5%，例如1%、2.8%、5%等，进一步地，当所述15-5PH不锈钢的质量分数为98.5%，所述铝的质量分数为1.5%时，制备得到的新型15-5PH不锈钢材料的致密度可以达到99.5％，使得新型15-5PH不锈钢材料的强度和加工性能均较优。
可选地，所述在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末的步骤包括：
步骤A10，在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备预合金锭；
步骤A20，对所述预合金锭进行气雾化处理，过筛后得到增材制造原料粉末。
在本实施例中，具体地，根据预设的15-5PH不锈钢的质量分数、铝元素的质量分数和所述增材制造原料粉末的实际需求总量，确定所述15-5PH不锈钢的添加量和所述铝元素的添加量，并根据所述15-5PH不锈钢的添加量和所述铝元素的添加量称取15-5PH不锈钢原料和铝原料，将所述铝原料与所述15-5PH不锈钢原料共同熔炼，得到合金锭，进而对所述预合金锭进行气雾化处理，制备成球形粉体，再通过筛分设备从所述球形粉体中筛选出符合增材制造原料粉末粒径要求的增材制造原料粉末。
在一种可实施的方式中，参照图2，图2为本申请中增材制造原料粉末的一种可实施方式的形貌图，所述增材制造原料粉末为直径50-150μm范围内的球形或类球形粉末。
在一种可实施的方式中，由于15-5PH不锈钢本身即需要按照一定的配比将各种成分进行熔炼才可得到，故而，若所述15-5PH不锈钢原料为购置或制备得到的成品，则所述将所述铝元素与所述15-5PH不锈钢共同熔炼的方式可以为，在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素后，加入到熔炼炉中共同熔炼。
在另一种可实施的方式中，若所述15-5PH不锈钢为自行熔炼的，则所述将所述铝元素与所述15-5PH不锈钢共同熔炼的方式可以为，在所述15-5PH不锈钢的熔炼过程中，加入铝元素共同进行熔炼。
可选地，所述在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末的步骤包括：
步骤B10，获取15-5PH不锈钢原料和铝原料，其中，所述15-5PH不锈钢原料为圆形或类圆形的15-5PH不锈钢粉末，所述15-5PH不锈钢粉末的粒径为50-150μm，所述铝原料为圆形或类圆形的铝粉末，所述铝粉末的平均粒径为60-70μm；
步骤B10，将所述15-5PH不锈钢粉末与所述铝粉末混合，得到增材制造原料粉末。
在本实施例中，需要说明的是，所述15-5PH不锈钢原料为15-5PH不锈钢粉末，可以通过制粉工艺、过筛等方式将所述15-5PH不锈钢粉末的粒径控制在50-150μm的范围内，所述铝原料为铝粉末，所述铝粉末的平均粒径处于60-70μm的范围内，且所述铝粉末的粒径应控制在所述增材制造原料粉末所需的粒径范围内。
具体地，根据预设的15-5PH不锈钢的质量分数、铝元素的质量分数和所述增材制造原料粉末的实际需求总量，确定所述15-5PH不锈钢粉末的称样量和所述铝粉末的称样量，并根据所述15-5PH不锈钢粉末的称样量和所述铝粉末的称样量，分别称取15-5PH不锈钢粉末和铝粉末，将所述15-5PH不锈钢粉末与所述铝粉末加入三维运动混料设备中进行混合，得到增材制造原料粉末。
步骤S20，将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上，并控制微锻头跟随所述激光移动，进行微锻处理，得到零件；
在本实施例中，需要说明的是，本实施例中的激光加热熔化过程是通过同步式的激光熔化沉积设备来完成的，所述激光熔化沉积设备包括激光器和送粉机构等，所述微锻头可以为所述激光熔化沉积设备的组成结构，由所述激光熔化沉积设备进行控制，也可以为独立的装置，由机械臂、机器人和/或与所述微锻头连接的电子设备进行控制。
在一种可实施的方式中，所述激光熔化沉积设备还可以包括保护气体输送机构，所述保护气体输送机构用于向熔池中吹送保护气体，以形成保护气氛，避免在激光加热熔化过程中，熔池表面发送氧化，所述保护气体可以为氩气等。
具体地，将所述增材制造原料粉末添加到送粉罐中，所述送粉机构与所述送粉罐相连接，控制所述激光熔覆设备的熔覆头基于预设的沉积路径，将所述送粉罐中的增材制造原料粉末输送至熔覆头的前端，所述激光器发出的激光束同步对输送至熔覆头的前端的增材制造原料粉末进行辐照熔化，同时，控制微锻头延后预设的延迟时间，或延后预设的间隔距离，以相同的沉积路径，跟随所述激光移动，容易理解的是，所述激光束与熔覆头是同步移动的，故而跟随所述激光移动也可以是跟随所述熔覆头移动，对激光熔化沉积后还未完全固化的材料进行微锻处理，微锻处理后得到零件，其中，所述微锻头为微锻处理时与被微锻的材料相接触的部件，所述预设的延迟时间和预设的间隔距离，应使得进行微锻处理时，所述微锻头接触到的部分并未完全固化，所述微锻头距离所述熔覆头越近，则所述微锻头接触到的部分距离熔池越近，温度越高，故而，可以通过预先设定所述延迟时间或所述间隔距离，控制微锻处理的温度和被微锻处理的部分的固化程度，具体的参数范围可以根据实际需要和测试结果等进行确定，本实施例对此不加以限制。
在一种可实施的方式中，参照图3和图4，图3为本申请中不经微锻处理制备得到的15-5PH不锈钢材料的一种可实施方式的金相组织图，图4为本申请中微锻处理辅助激光熔化沉积制备得到的新型15-5PH不锈钢材料的一种可实施方式的金相组织图，相比于不经微锻处理制备得到的15-5PH不锈钢材料，微锻处理辅助激光熔化沉积制备得到的新型15-5PH不锈钢材料，孔缺陷少、晶粒细小、组织更均匀。
可选地，所述激光加热熔化过程的工艺参数包括：
激光功率1.5-2.0 kW，例如1.5kW、1.8kW、2.0kW等；光斑直径0.8-1.5 mm，例如0.8mm、1.2mm、1.5mm等；扫描速度600-1000 mm/s，例如600mm/s、820mm/s、1000mm/s等；送粉速率1-12 g/min，例如1g/min、7.5g/min、12g/min等；保护气体束直径5 mm；保护气体束流量5-25 L/min，例如5L/min、18L/min、25L/min等；单层厚度0.3-1.2mm，例如0.3mm、0.9mm、1.2mm等，所述激光加热熔化过程是逐层向上叠加形成的，所述单层厚度为激光加热熔化过程中每一层的厚度，可以通过送粉量、扫描速度、微锻处理的压力进行调控。
可选地，所述微锻头的下压力为4-12 KN，例如4KN、8KN、12KN等。
可选地，所述将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上的步骤包括：
步骤S21，获取316不锈钢板材；
步骤S22，将所述316不锈钢板材的表面进行喷砂处理和打磨抛光处理，得到基板；
步骤S23，将所述基板放置于成形平台上，基于预设的沉积路径，将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上，并同步向熔池吹送保护气体，逐层进行激光熔化沉积。
在本实施例中，具体地，获取预先制备好的316不锈钢板材，对所述316不锈钢板材的表面进行喷砂处理，以清除所述316不锈钢板材表面的氧化皮、油污等污物，对喷砂处理后的316不锈钢板材进行打磨抛光处理，以降低板材表面的粗糙度，得到表面光洁的基板，将所述基板放置于成形平台上，调整所述基板的位置、角度以及所述激光器的焦距等，将所述增材制造原料粉末添加到送粉罐中，所述送粉机构与所述送粉罐相连接，控制所述激光熔覆设备的熔覆头基于预设的沉积路径逐层进行激光熔化沉积，将所述送粉罐中的增材制造原料粉末输送至熔覆头的前端，所述激光器发出的激光束同步对输送至熔覆头的前端的增材制造原料粉末进行辐照熔化，所述激光熔覆设备的保护气体输送机构同步持续向熔池中吹送保护气体，每层完成激光熔化沉积后，将所述熔覆头向上抬起预设抬起高度，进行较上一层的激光熔化沉积，所述预设抬起高度可以为所述激光熔覆沉积的单层厚度。
步骤S30，对所述零件进行时效处理，得到新型15-5PH不锈钢材料。
在本实施例中，由于激光熔化沉积的过程中冷却速度较快，相当于固溶处理，所以成形后的零件可以不进行额外的固溶处理，直接进行时效处理，得到高密度高强度的新型15-5PH不锈钢材料，在时效处理过程中，零件中同时析出B2型NiAl相和富Cu相，析出相的尺寸在10 nm以下，位错体密度大于2.8×1024/m3，达到双相协同强化效果，提高了新型15-5PH不锈钢材料的强度，强度可达1500MPa以上，且，由于零件未经额外的固溶处理，相较于固溶处理后再进行时效处理，得到的材料中含量小于1%的奥氏体残留，激光熔化沉积之后直接进行时效处理，得到的新型15-5PH不锈钢材料中奥氏体的残留会较高，约6-10%，而较高残留的奥氏体，可以使得新型15-5PH不锈钢材料在强度提高的同时，仍可以保持与现有的15-5PH不锈钢材料相当的延伸率和加工性能。
可选地，所述时效处理的工艺参数包括：
时效处理温度480-520℃，例如480℃、495℃、520℃等；保温时间40-120min，例如40min、60min、120min等。
在本实施例中，提供了一种新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法，包括步骤：在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末；将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上，并控制微锻头跟随所述激光熔化沉积的熔覆头移动，同步进行微锻处理，得到零件；对所述零件进行时效处理，得到新型15-5PH不锈钢材料。通过上述技术方案，通过将铝元素添加到15-5PH不锈钢中制备增材制造原料粉末，在时效处理时，零件中可以同时析出B2型NiAl相和富Cu相，析出相的尺寸在10 nm以下，位错体密度大于2.8×1024/m3，达到双相协同强化效果，相比于现有技术激光熔化沉积制备的15-5PH不锈钢，所述新型15-5PH不锈钢材料由于未经固溶处理直接进行时效处理，可以保留部分残留的奥氏体，故而仍可以保持较好的加工性能，而强度大大提高，可达到1500MPa以上，通过微锻头与熔覆头的联动，在激光熔化沉积的过程中对激光熔化沉积的还未完全固化的材料进行微锻处理，可以有效地减少孔缺陷和组织的不均匀性，有效减弱了材料性能的各向异性，提高了新型15-5PH不锈钢材料的材料性能的稳定性，降低了新型15-5PH不锈钢材料因性能的各向异性导致的提前失效的风险，克服了现有技术激光增材制造15-5PH钢的强度较低且材料性能具有明显的各向异性的技术问题。
进一步地，本发明还提供了一种新型15-5PH不锈钢材料，所述新型15-5PH不锈钢材料采用如上所述的新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法制备得到。本申请提供的新型15-5PH不锈钢材料，解决了现有技术激光增材制造15-5PH钢的强度较低且材料性能具有明显的各向异性的技术问题。与现有技术相比，本发明实施例提供的新型15-5PH不锈钢材料的有益效果与上述实施例的新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法的有益效果相同，在此不做赘述。
为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法进行具体地描述。本发明实施例均采用商品化的市售原料。
实施例1
在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备预合金锭，采用气雾化制粉制备增材制造原料粉末，所述增材制造原料粉末的组成成分含有(质量百分数wt％)：Cr 14.5%，Ni6.0%，Cu 3.2%，Nb 0.35%，Mn 0.67%，Si 0.66%，C 0.015%，Al 1.5%，余量Fe。
激光加热熔化过程的工艺参数设定为：激光功率：1.8kW；光斑直径1.1 mm；扫描速度：1000mm/min；送粉速率：12g/min；保护气体束流量：25L/min；单层厚度：0.4mm。
打印过程中每扫描一层同步进行微锻处理，使得微观组织细小且均匀分布。根据15-5PH钢标准的H900峰值热处理工艺，结合打印工艺的高速冷却凝固条件，打印过程相当于固溶，进而可以直接采用时效处理，时效处理温度为480℃，保温时间60min，时效处理完成后，空冷，得到新型15-5PH不锈钢材料。
切取新型15-5PH不锈钢材料经电镜检测表明，合金组织为马氏体组织和少量残留的奥氏体组织，致密度达到99%以上，析出相主要为尺寸2-10 nm的富Cu相以及NiAl系氧化物析出相，析出相的位错体密度为2.2×1025/m3，所述新型15-5PH不锈钢材料强度达到1613MPa，明显优于常规方法制备的同样成分的沉淀硬化不锈钢的相应指标。
实施例2
在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备预合金锭，采用气雾化制粉制备增材制造原料粉末，所述增材制造原料粉末的组成成分含有(质量百分数wt％)：Cr 14.3%，Ni5.7%，Cu 3.1%，Nb 0.34%，Mn 0.65%，Si 0.63%，C 0.013%，Al 1.0%，余量Fe。
通过激光加热熔化过程的工艺参数设定为：激光功率：2.0kW；光斑直径1.5 mm；扫描速度：800mm/min；送粉速率：8g/min；保护气体束流量：16L/min；单层厚度：1.2mm。
打印过程中每扫描一层同步进行微锻处理，使得微观组织细小且均匀分布。根据15-5PH钢标准的H900峰值热处理工艺，结合打印工艺的高速冷却凝固条件，打印过程相当于固溶，进而可以直接采用时效处理，时效处理温度为500℃，保温时间120min，时效处理完成后，空冷，得到新型15-5PH不锈钢材料。
切取新型15-5PH不锈钢材料经电镜检测表明，合金组织为马氏体组织和少量残留的奥氏体组织，致密度达到99%以上，析出相主要为尺寸2-10 nm的富Cu相以及NiAl系氧化物析出相，析出相的位错体密度为8.6×1024/m3，所述新型15-5PH不锈钢材料强度达到1566MPa，明显优于常规方法制备的同样成分的沉淀硬化不锈钢的相应指标。
实施例3
将15-5PH不锈钢粉末与5%纯铝粉末混合，所述15-5PH不锈钢粉末的组成成分含有(质量百分数wt％)：Cr 15.2%，Ni 4.2%，Cu 4.2%，Nb 0.38%，Mn 0.81%，Si 0.84%，C0.027%，余量Fe。
通过激光加热熔化过程的工艺参数设定为：激光功率：1.5kW；光斑直径0.8 mm；扫描速度：600mm/min；送粉速率：1g/min；保护气体束流量：5L/min；单层厚度：0.3mm。
打印过程中每扫描一层同步进行微锻处理，使得微观组织细小且均匀分布。根据15-5PH钢标准的H900峰值热处理工艺，结合打印工艺的高速冷却凝固条件，打印过程相当于固溶，进而可以直接采用时效处理，时效处理温度为520℃，保温时间40min，时效处理完成后，空冷，得到新型15-5PH不锈钢材料。
切取新型15-5PH不锈钢材料经电镜检测表明，合金组织为马氏体组织，致密度达到99.5%以上，析出相主要是尺度2-10 nm的富Cu相以及NiAl系氧化物析出相，析出相的位错体密度为1.7×1025/m3，所述新型15-5PH不锈钢材料强度达到1513 MPa，明显优于常规方法制备的同样成分的沉淀硬化不锈钢的相应指标。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请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他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利处理范围内。

Claims (9)

1.一种新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法，其特征在于，所述新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法包括以下步骤；
在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末，其中，所述增材制造原料粉末中15-5PH不锈钢的质量分数为95-98.5%，铝的质量分数为1.5-5%；
将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上，并控制微锻头跟随所述激光移动，进行微锻处理，得到零件；
对所述零件进行时效处理，得到新型15-5PH不锈钢材料。
2.如权利要求1所述的新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法，其特征在于，所述增材制造原料粉末的粒径为50-150μm。
3.如权利要求2所述的新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法，其特征在于，所述在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末的步骤包括：
在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备预合金锭；
对所述预合金锭进行气雾化处理，过筛后得到增材制造原料粉末。
4.如权利要求2所述的新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法，其特征在于，所述在15-5PH不锈钢成分中添加铝元素，制备增材制造原料粉末的步骤包括：
获取15-5PH不锈钢原料和铝原料，其中，所述15-5PH不锈钢原料为15-5PH不锈钢粉末，所述15-5PH不锈钢粉末的粒径为50-150μm，所述铝原料为铝粉末，所述铝粉末的平均粒径为60-70μm；
将所述15-5PH不锈钢粉末与所述铝粉末混合，得到增材制造原料粉末。
5.如权利要求1所述的新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法，其特征在于，所述激光加热熔化过程的工艺参数包括：
激光功率1.5-2.0 kW；光斑直径0.8-1.5 mm；扫描速度600-1000 mm/s；送粉速率1-12g/min；保护气体束直径5 mm；保护气体束流量5-25 L/min；单层厚度0.3-1.2mm。
6.如权利要求1所述的新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法，其特征在于，所述时效处理的工艺参数包括：
时效处理温度480-520℃；保温时间40-120min。
7.如权利要求1所述的新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法，其特征在于，所述微锻头的下压力为4-12 KN。
8.如权利要求1所述的新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法，其特征在于，所述将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上的步骤包括：
获取316不锈钢板材；
将所述316不锈钢板材的表面进行喷砂处理和打磨抛光处理，得到基板；
将所述基板放置于成形平台上，基于预设的沉积路径，将所述增材制造原料粉末通过激光加热熔化后，沉积到预置的基板上，并同步向熔池吹送保护气体，逐层进行激光熔化沉积。
9.一种新型15-5PH不锈钢材料，其特征在于，所述新型15-5PH不锈钢材料采用如权利要求1-8任一项所述的新型15-5PH不锈钢材料的增材制造方法制备得到。
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