CN115464155B - 一种Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金及其制备方法，属于增材制造技术领域。本发明的方法包括：(1)选用CoCrMo粉末作为基体粉末，将其与Cr3C2增强粉末进行机械混粉；(2)预热打印试样的基板；(3)采用步骤(1)中混匀后的粉末作为打印材料，采用激光选区熔化技术进行制备，得到的Cr3C2/CoCrMo试样，同时制备CoCrMo试样，将两种试样进行组织与性能比较。相比于CoCrMo试样，Cr3C2/CoCrMo试样的组织得到进一步细化；力学性能显著提升，室温下抗拉强度≥1500MPa，屈服强度≥1100MPa，显微硬度≥500HV；在950℃进行40h高温氧化测试，Cr3C2/CoCrMo试样较CoCrMo试样，单位面积增重由6.922mg/cm2减小至1.073mg/cm2，氧化速率由1.608g/m2·h减小至0.238g/m2·h，抗氧化性能提升明显。
Description
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，更具体地说，涉及一种Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金及其制备方法。
背景技术
激光选区熔化技术(Selective laser melting，SLM)是一种重要的增材制造技术，被认为是最值得关注的增材制造技术之一。相比于其他的“减材制造”、“等材制造”，它具有加工生产周期短、材料总体利用率高、复杂零件的可生产性、制备零件智能制造等优点；相比于其他的“增材制造”，SLM具有成形表面质量高、尺寸更精准等优点。钴基合金是以Co为基体元素，并添加不同成分的其他元素制备的合金，其具备优良的抗氧化性、耐磨性、耐腐蚀性，在航空航天、生物医学领域具有重要应用。
近年来，激光选区熔化钴基合金在已经趋于成熟，但随着其应用的不断扩大，其性能亟需进一步提高。目前，对于SLM制备钴基合金制件的性能提升的主要方式为热处理，来改善其试样的延伸率；或者通过添加少量金属元素，对其性能进行改善，但采用现有常规手段对钴基合金进行处理时，钴基合金的力学性能往往提升不够显著，且其高温氧化性也难以得到保证。
经检索，中国专利申请号为：201811054676.3，申请日为2018年9月11日，发明创造名称为：一种具有抗菌功能的抗菌钴基合金。该申请案中的钴基合金化学成分如下(重量％)：Cr：25-30％；Mo：5-8％；Ga：0.8-5.0％；C≤0.5％；其余为Co元素及其他不可避免的杂质。该申请案中通过在CoCrMo合金基体中添加适量的Ga元素，调控Ga/Mo元素的比值及相应的热处理，使合金中析出含Ga中间相，在提高了材料力学性能的同时也赋予材料的抗菌功能。该申请案主要提供了一种具有抗菌功能的CoCrMo合金材料，虽然其通过组分优化和热处理操作一定程度上能够改善其力学性能，但改善效果有限，提升不够明显，为了得到综合力学性能优异，且具有高温抗氧化性的钴基合金材料，仍需要进一步研究。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中采用SLM技术制备出的钴基合金试样，其综合力学性能提升不明显，且高温抗氧化性能相对较差的不足，本发明以CoCrMo为基体粉末，以Cr3C2为增强粉末，提供了一种Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金及其制备方法。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明使用CoCrMo作为基体粉末，Cr3C2作为增强粉末，采用激光选区熔化技术制备得到的一种Cr3C2/CoCrMo试样，具体包括以下步骤：
步骤一、将CoCrMo粉末与Cr3C2增强粉末进行机械混粉；
步骤二、打印试样的基板进行预热处理；
步骤三、将步骤一中混匀后的粉末作为打印材料，采用激光选区熔化技术进行制备。
更进一步的，由于试样制备中Cr3C2分解为Cr与C原子，发生固溶强化，使基体性能得到提升，为避免Cr3C2含量过多导致出现较多的未熔颗粒，所述CoCrMo粉末与Cr3C2粉末的质量比需满足(8.5～9.5)：1，粉末粒径为15-53μm。
更进一步的，所述CoCrMo粉末成分为：Cr 25～30wt.％，Mo 3～5wt.％，Si 0.8～1.2wt.％，Mn 0.4～0.6wt.％，余量为钴。所述Cr3C2增强粉末为Cr3C2和NiCr的混合物，NiCr的添加可在金属合金中作为粘结相，产生金属间化合物促进沉淀强化，粉末粒径为15-53μm。
需要说明的是，根据粉末成分的不同，可以将Co基合金分为CoCr、CoCrMo、CoCrMoW、CoCrW、CoCrNi等合金，而不同成分的粉末在SLM制备过程中对激光能量密度要求不同，进一步将影响SLM制备试样的组织与性能，甚至导致试样无法制备，因此，对粉末的选择与制备便尤为关键。对此申请人经过大量实验研究，为制备出满足本发明要求的试样，最终选用CoCrMo作为基体粉末，以NiCr-Cr3C2作为增强颗粒，机械混合添加至CoCrMo粉末中，并进行工艺参数优化与实验测试，使用优化工艺制备出Cr3C2/CoCrMo试样。在SLM制备试样过程中，相比于其他添加物，碳化铬颗粒对基体的强化主要通过熔融分解为Cr和C元素对组织进行固溶强化，而TiC等其他增强颗粒，其强化机制主要为未熔的TiC颗粒作为异质形核核心，发生细晶强化。因此，Cr3C2/CoCrMo试样制备机制与其他添加物的制备机制并不相同。同时，本发明通过混合Cr3C2颗粒及CoCrMo粉末，采用SLM技术进行制备，有利于发挥组分间的协同作用，在大幅提升产品综合力学性能的基础上，还能够进一步提升产品的高温抗氧化性能，关于本发明的设计，目前还未见有相关文献进行报道。
更进一步的，步骤一中，机械混粉的工艺参数为：混粉转速40～60r/min，混粉时间8～10h。通过对混粉工艺参数进行优化设计，从而获得均匀混合的Cr3C2/CoCrMo粉末。
更进一步的，步骤二中，在开始激光选区熔化制备开始前，打印试样基板预热温度为70～90℃，减小底层粉末与基板间的温度梯度，由此减少成形试样与基板接触位置的内部缺陷。
更优化的，激光选区熔化制备过程中，试样制备前30层增加供粉量，增加1-2倍为宜，确保粉末铺满基板，使制备过程中试样与基板结合更加稳固，防止制备的试样底部出现坍塌。
更进一步的，步骤三中，在激光选区熔化制备开始前，先将成型腔内抽真空，全程使用氩气作为保护气体。制备时，控制激光功率为220W～260W，扫描速度为500mm/s～700mm/s，扫描间距0.1mm，铺粉层厚0.03mm，相邻层旋转67°制备试样。通过上述工艺控制，在此工艺下，能够制备出高致密度试样。若激光功率过大或扫描速度过小，将导致在制备过程中，粉末完全熔化，熔池蒸发，甚至发生试样坍塌现象；若激光功率过小或扫描速度过大，因能量不足导致粉末不能完全熔化，熔池的宽度与深度缩小，试样的相对密度降低。
需要说明的是，本发明采用激光选区熔化技术进行制备，相比于传统的锻造制备方法，使用激光选区熔化制备的试样具有更高的显微硬度与拉伸强度，制备得到的试样表面质量更高，尺寸更精度，更加利于机械自动化使用；相比于超音速火焰喷涂与激光熔覆等表面处理技术，激光选区熔化技术并非在材料表面进行涂层强化处理，而是直接进行试样制备，可以直接制备出所需要的试样，生产出形状更加复杂的零件，且将制备的涂层与试样组织进行比较，激光选区熔化制备的组织晶粒更加细小，性能得到优化，本发明的实验工艺简单，易操作。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
采用本发明的方法制备得到的Cr3C2/CoCrMo试样，其在室温下抗拉强度≥1500MPa，屈服强度≥1100MPa，显微硬度≥500HV，其综合力学性能较SLM CoCrMo试样而言，具有显著提升。同时，对所得产品在950℃进行40h的高温氧化处理，添加了Cr3C2处理后的合金单位面积增重减小至0.954mg/cm2以下，而未采用Cr3C2处理的CoCrMo试样，其进行上述高温氧化处理后，单位面积增重在6.433mg/cm2左右，本发明的产品的高温抗氧化性能提升较为显著。
附图说明
图1为本发明中激光选区熔化粉末形貌，其中：子图(a)为CoCrMo粉末，子图(b)为NiCr-Cr3C2粉末；
图2为本发明实施例SLM试样制备示意图；
图3为实施例1和对比例1所得SLM制备试样的微观组织形貌，其中：子图(a)为CoCrMo试样，子图(b)为Cr3C2/CoCrMo试样；
图4为实施例1产品的拉伸断面形貌，其中，子图(a)为断面高倍形貌，子图(b)为子图(a)的局部放大图；
图5为实施例1和对比例1中所得SLM制备试样的高温氧化动力曲线图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例的一种Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金，其制备方法如下：
(1)采用激光选区熔化的CoCrMo粉末具体成分为：Cr 28wt.％，Mo 4wt.％，Si1wt.％，Mn 0.5wt.％，余量为钴，各成分质量百分比之和为100％。碳化铬增强粉末为镍铬-碳化铬球形粉末，其粒径为15～53μm，由75wt.％Cr3C2和25wt.％NiCr组成。粉末形貌如图1所示。
将NiCr-Cr3C2和CoCrMo粉末按照质量比为1：9，在不破坏原始特征情况下进行机械混粉。其中，机械混粉的工艺参数为：混粉转速50r/min，混粉时间9h。
(2)采用激光选区熔化技术，将混合均匀的粉末作为打印材料，制备出Cr3C2/CoCrMo试样。制备示意图如图2所示。
试样制备开始前，将打印试样基板进行80℃预热处理，增加试样制备前30层的粉末铺粉量。在激光选区熔化过程中，成形腔室内抽真空，全程使用氩气作为保护气体，控制激光功率为240W，扫描速度为600mm/s，扫描间距为0.1mm，铺粉层厚为0.03mm，层间扫描策略为旋转67°制备。
对制备的试样进行观察，可以发现试样无明显缺陷，表面精度高。
对比例1
本对比例的钴基合金试样，其采用实施例1中的粉末及制备工艺进行制备，与实施例1的区别在于：不添加碳化铬增强粉末。对制备的试样进行观察，可以发现试样无明显缺陷，表面精度高。
对实施例1和对比例1中制备得到的试样进行分析测试：
1、取对比例1和实施例1中的SLM制备试样，进行打磨抛光，使用腐蚀液(盐酸：双氧水＝4:1)进行腐蚀，观察组织形貌，如图3所示。可以观察到，SLM制备试样的微观组织主要由胞状晶和柱状晶组成，相比于CoCrMo试样，Cr3C2/CoCrMo试样的胞状晶显著增加，晶粒尺寸明显细化。
2、对激光选区熔化CoCrMo试样与激光选区熔化Cr3C2/CoCrMo试样进行力学性能测试，断口形貌如图4所示，结果详情见表1。通过添加碳化铬颗粒，激光选区熔化Cr3C2/CoCrMo试样的力学性能得到显著增强。根据文献查阅，激光选区熔化制备Cr3C2/AlSi10Mg试样只提升了AlSi10Mg试样的硬度，但激光选区熔化制备Cr3C2/CoCrMo试样硬度提升的同时，保证了试样的拉伸强度得到提升。
表1 SLM制备CoCrMo和Cr3C2/CoCrMo试样的力学性能
从表1中可以发现，碳化铬的添加，使制备试样的力学性能皆得到显著提升，相比于SLM CoCrMo试样，屈服强度、抗拉强度、硬度分别提升39％、28％、27％。这是由于在SLM制备过程中，碳化铬粉末分解为Cr和C，在基体中产生固溶强化；同时，部分未熔的碳化铬将形成非均匀形核核心，导致晶粒尺寸减小，从而显著提升试样的综合力学性能。
3、采用高温管式炉对试样进行高温氧化测试。设置温度950℃，时间分别为10h、20h、30h、40h，测试试样的增重情况。由图5可知，Cr3C2/CoCrMo试样的抗氧化性能明显强于CoCrMo试样。随着时间的增加，Cr3C2/CoCrMo试样的抗氧化性能提升越明显，当氧化时间为40h时，CoCrMo试样的氧化增重为6.433mg/cm2，但Cr3C2/CoCrMo试样的氧化增重仅为0.954mg/cm2；通过计算，高温氧化40h处理，CoCrMo试样的氧化速率为1.608g/m2·h，而Cr3C2/CoCrMo试样的氧化速率仅为0.238g/m2·h，另外，可以从图中观察到，Cr3C2/CoCrMo试样增重逐渐趋于稳定，这是由于长时间的高温环境使试样在表面形成氧化膜，阻碍试样的氧化增重，使试样的抗氧化性能得到提升。
实施例2
本实施例的一种Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金，其制备方法如下：
(1)采用激光选区熔化的CoCrMo粉末具体成分为：Cr 28wt.％，Mo 5wt.％，Si1wt.％，Mn 0.5wt.％，余量为钴，各成分质量百分比之和为100％。碳化铬增强粉末为镍铬-碳化铬球形粉末，其粒径为15-53μm，由75wt.％Cr3C2和25wt.％NiCr组成。
将NiCr-Cr3C2和CoCrMo粉末按照质量比为1：8.5，在不破坏原始特征情况下进行机械混粉。其中，机械混粉的工艺参数为：混粉转速60r/min，混粉时间8h。
(2)采用激光选区熔化技术，将混合均匀的粉末作为打印材料，制备出Cr3C2/CoCrMo试样。制备示意图如图2所示。
试样制备开始前，将打印试样基板进行90℃预热处理，增加试样制备前30层的粉末铺粉量。在激光选区熔化过程中，成形腔室内抽真空，全程使用氩气作为保护气体，控制激光功率为220W，扫描速度为500mm/s，扫描间距为0.1mm，铺粉层厚为0.03mm，层间扫描策略为旋转67°制备。
对制备的试样进行观察，可以发现试样无明显缺陷，表面精度高。对其力学性能及高温抗氧化性进行检测，结果基本同实施例1。
实施例3
本实施例的一种Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金，其制备方法如下：
(1)采用激光选区熔化的CoCrMo粉末具体成分为：Cr 29wt.％，Mo 4wt.％，Si0.8wt.％，Mn 0.6wt.％，余量为钴，各成分质量百分比之和为100％。碳化铬增强粉末为镍铬-碳化铬球形粉末，其粒径为15～53μm，由75wt.％Cr3C2和25wt.％NiCr组成。
将NiCr-Cr3C2和CoCrMo粉末按照质量比为1：9，在不破坏原始特征情况下进行机械混粉。其中，机械混粉的工艺参数为：混粉转速50r/min，混粉时间9h。
(2)采用激光选区熔化技术，将混合均匀的粉末作为打印材料，制备出Cr3C2/CoCrMo试样。制备示意图如图2所示。
试样制备开始前，将打印试样基板进行80℃预热处理，增加试样制备前30层的粉末铺粉量。在激光选区熔化过程中，成形腔室内抽真空，全程使用氩气作为保护气体，控制激光功率为220W，扫描速度为800mm/s，扫描间距为0.1mm，铺粉层厚为0.03mm，层间扫描策略为旋转67°制备。
对制备的试样进行观察，可以发现试样无明显缺陷，表面精度高。对其力学性能及高温抗氧化性进行检测，结果略次于实施例1。
实施例4
本实施例的一种Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金，其制备方法如下：
(1)采用激光选区熔化的CoCrMo粉末具体成分为：Cr 30wt.％，Mo 3wt.％，Si1.2wt.％，Mn 0.4wt.％，余量为钴，各成分质量百分比之和为100％。碳化铬增强粉末为镍铬-碳化铬球形粉末，其粒径为15-53μm，由75wt.％Cr3C2和25wt.％NiCr组成。
将NiCr-Cr3C2和CoCrMo粉末按照质量比为1：9.5，在不破坏原始特征情况下进行机械混粉。其中，机械混粉的工艺参数为：混粉转速40r/min，混粉时间10h。
(2)采用激光选区熔化技术，将混合均匀的粉末作为打印材料，制备出Cr3C2/CoCrMo试样。制备示意图如图2所示。
试样制备开始前，将打印试样基板进行70℃预热处理，增加试样制备前30层的粉末铺粉量。在激光选区熔化过程中，成形腔室内抽真空，全程使用氩气作为保护气体，控制激光功率为260W，扫描速度为700mm/s，扫描间距为0.1mm，铺粉层厚为0.03mm，层间扫描策略为旋转67°制备。
对制备的试样进行观察，可以发现试样无明显缺陷，表面精度高。对其力学性能及高温抗氧化性进行检测，结果基本同实施例1。
对比例2
本对比例的Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金，其制备方法如下：
(1)采用激光选区熔化的CoCr粉末具体成分为：Cr 29wt.％，Ni 3wt.％，Fe3wt.％，余量为钴，各成分质量百分比之和为100％。碳化铬增强粉末为镍铬-碳化铬球形粉末，其粒径为15-53μm，由75wt.％Cr3C2和25wt.％NiCr组成。
将NiCr-Cr3C2和CoCr粉末按照质量比为1：9，在不破坏原始特征情况下进行机械混粉。其中，机械混粉的工艺参数为：混粉转速50r/min，混粉时间9h。
(2)采用激光选区熔化技术，将混合均匀的粉末作为打印材料，制备出Cr3C2/CoCr试样。制备出的试样结构示意图如图2所示。
试样制备开始前，将打印试样基板进行80℃预热处理，增加试样制备前30层的粉末铺粉量。在激光选区熔化过程中，成形腔室内抽真空，全程使用氩气作为保护气体，控制激光功率为240W，扫描速度为600mm/s，扫描间距为0.1mm，铺粉层厚为0.03mm，层间扫描策略为旋转67°制备。
对制备的试样进行观察。制备样缺陷明显，存在大面积的孔隙、裂纹与未熔的粉末颗粒，所制备试样不满足本发明的使用要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将CoCrMo粉末与Cr3C2增强粉末进行机械混粉；CoCrMo粉末与Cr3C2粉末的质量比满足(8.5～9.5)：1，粉末粒径为15～53μm；所述CoCrMo粉末成分为：Cr 25～30wt.％，Mo3～5wt.％，Si 0.8～1.2wt.％，Mn 0.4～0.6wt.％，余量为钴；
步骤二、打印试样基板进行预热处理；
步骤三、将步骤一中混匀后的粉末作为打印材料，采用激光选区熔化技术进行试样制备，激光选区熔化处理时，控制激光功率为220W～260W，扫描速度为500mm/s～700mm/s，扫描间距0.1mm，铺粉层厚0.03mm，相邻层旋转67°制备试样。
2.根据权利要求1所述的一种Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金的制备方法，其特征在于：所述Cr3C2增强粉末为Cr3C2和NiCr的混合物，粉末粒径为15～53μm。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的一种Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金的制备方法，其特征在于：步骤一中，机械混粉的工艺参数为：混粉转速40-60r/min，混粉时间8～10h。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的一种Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金的制备方法，其特征在于：步骤二中，打印试样的基板预热温度为70～90℃。
5.一种Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金，其特征在于：采用权利要求1-4中任一项所述的方法制备得到。
6.根据权利要求5所述的一种Cr3C2颗粒增强激光选区熔化钴基合金，其特征在于：其在室温下抗拉强度≥1500MPa，屈服强度≥1100MPa，显微硬度≥500HV，在950℃进行40h高温氧化，合金的单位面积增重小于0.954mg/cm2。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN101139709A (zh) * | 2006-09-08 | 2008-03-12 | 北京有色金属研究总院 | 一种用于钛合金表面获得高适配耐磨钛基复合材料的方法 |
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| CN105112909A (zh) * | 2015-09-22 | 2015-12-02 | 安徽工业大学 | 一种添加CeO2的铁基Cr3C2激光熔覆涂层及其制备方法 |
| CN110565087A (zh) * | 2019-09-16 | 2019-12-13 | 北京工业大学 | 激光熔覆合成陶瓷相增强钴基熔覆层及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN101139709A (zh) * | 2006-09-08 | 2008-03-12 | 北京有色金属研究总院 | 一种用于钛合金表面获得高适配耐磨钛基复合材料的方法 |
| CN102990058A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-03-27 | 江苏新亚特钢锻造有限公司 | 氧化物颗粒增强激光熔覆高耐磨钴基合金粉末及其制备方法 |
| CN105002492A (zh) * | 2015-07-27 | 2015-10-28 | 西安交通大学 | 一种利用异步送粉法进行激光熔覆制备陶瓷颗粒增强金属基复合涂层的方法 |
| CN105112909A (zh) * | 2015-09-22 | 2015-12-02 | 安徽工业大学 | 一种添加CeO2的铁基Cr3C2激光熔覆涂层及其制备方法 |
| CN110565087A (zh) * | 2019-09-16 | 2019-12-13 | 北京工业大学 | 激光熔覆合成陶瓷相增强钴基熔覆层及其制备方法 |
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