專利名稱：一種鎳基合金粉末激光熔覆燒結成型方法
技術領域：
本發(fā)明屬于激光快速成型技術領域，涉及對鎳基合金粉末的激光熔覆燒結成型方法的改進。
背景技術：
《焊接學報》2005年第2期發(fā)表的“Ni-Cu-Sn混合粉末選區(qū)激光燒結試驗”一文中，介紹了有關利用選區(qū)激光燒結法制備鎳基合金零件的工藝。其工藝過程是(1)Ni粉和9CulSn粉按7∶3的比例放入旋轉混粉設備，將粉末混合；(2)采用較低的功率(100-700瓦)在選擇性激光燒結(SLS)成型機上將粉末燒結成形。試驗結果發(fā)現(xiàn)，盡管粉末可以燒結成形，但球化現(xiàn)象與燒結收縮現(xiàn)象嚴重，由于熱應力使零件發(fā)生了翹曲，影響了制件的最終性能。此外，采用這種混合粉末的方式，由于受粉末密度、形貌的影響以及熔點的差異，容易在激光燒結過程中出現(xiàn)合金成份偏析、組織不均勻的問題，影響最終制件的性能。由于采用的是鋪粉方式，所以不管使用哪種形式的粉末，激光燒結后的金屬零件的密度都較低，實際獲得的只是一種多孔隙金屬零件，其強度較低，欲提高零件的強度，必須通過后處理工序，如浸滲樹脂、低熔點金屬，或進行熱等靜壓處理。但這些后處理工序會改變金屬零件的性能和精度，同時失去了快速成形技術的特點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鎳基合金粉末的激光快速成型燒結方法，以解決選區(qū)激光燒結快速成型中的合金成份偏析、組織不均勻的問題。本發(fā)明的技術方案是一種鎳基合金粉末激光熔覆燒結成型方法，基于一個由四軸聯(lián)動數(shù)控工作臺、激光器、反射鏡、粉末噴嘴、送粉器和計算機組成的激光熔覆燒結成型裝置，其特征在于，(1)選擇燒結材料；為鎳銅錫合金粉末，其成分及制備方法詳見專利申請200510011864.4，合金粉末的平均粒徑為100～150μm；(2)編制加工程序；在計算機中生成被成型零件的三維CAD模型，利用切片軟件將三維CAD模型轉換成一系列與激光照射方向垂直的二維平面模型，二維平面模型之間的間隔是1～2mm，并將二維平面模型的數(shù)據(jù)轉換成數(shù)控加工命令，控制激光熔覆燒結成型裝置的工作過程；(3)燒結成型；將基體零件固定在四軸聯(lián)動數(shù)控工作臺上，打開激光器和送粉器進行同軸送粉，在計算機控制下開始燒結，所用的工藝參數(shù)如下燒結選用激光功率為1000～1300W、掃描速度300～400mm/min、離焦量15～25mm，送粉轉速為15～25r/min。
本發(fā)明的優(yōu)點是采用本發(fā)明的燒結成型工藝方法，成型零件的合金成份偏析少、組織致密均勻。同時，本發(fā)明制造速度快、成型形狀自由、成型件結構致密。


圖1是本發(fā)明的激光熔覆成型工藝示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明采用激光熔覆成型技術，其原理是在計算機中生成零件的三維CAD模型，利用切片軟件將三維信息轉換成一系列的二維信息，并將數(shù)據(jù)轉換成數(shù)控加工命令，控制激光加工設備完成制作過程。在此過程中，采用同軸送粉裝置送粉，在激光輻照的作用下形成激光熔池，用氣體將材料粉末送入熔池并使之熔化，形成與底層冶金結合的新燒結層。重復這些過程，可以形成結構致密均勻的燒結件。本發(fā)明的成型方法，基于一個由四軸聯(lián)動數(shù)控工作臺、激光器、反射鏡、粉末噴嘴、送粉器和計算機組成的激光熔覆燒結成型裝置，激光器為HJ-4型5千瓦橫流CO2激光器，使用DPSF-3型送粉器進行同軸送粉，在LMC-3型四軸數(shù)控工作臺上進行燒結。工作臺的X、Y、Z軸的位移以及轉動均由計算機程序精確控制。本發(fā)明的步驟是一種鎳基合金粉末激光熔覆燒結成型方法，基于一個由四軸聯(lián)動數(shù)控工作臺、激光器、反射鏡、粉末噴嘴、送粉器和計算機組成的激光熔覆燒結成型裝置，其特征在于，(1)選擇燒結材料；為鎳銅錫合金粉末，其成分及制備方法詳見專利申請200510011864.4，合金粉末的平均粒徑為100～150μm。
(2)編制加工程序；在計算機中生成被成型零件的三維CAD模型，利用切片軟件將三維CAD模型轉換成一系列與激光照射方向垂直的二維平面模型，二維平面模型之間的間隔是1～2mm，并將二維平面模型的數(shù)據(jù)轉換成數(shù)控加工命令，控制激光熔覆燒結成型裝置的工作過程。
(3)燒結成型；將基體零件固定在四軸聯(lián)動數(shù)控工作臺上，打開激光器和送粉器進行同軸送粉，在計算機控制下開始燒結，所用的工藝參數(shù)如下燒結選用激光功率為1000～1300W、掃描速度300～400mm/min、離焦量15～25mm，送粉轉速為15～25r/min。掃描速度指數(shù)控工作臺的移動速度，可由計算機程序直接控制。
實施例采用30mm×40mm×50mm的45#鋼作為基體。使用平均粒徑為100μm～150μm的鎳銅錫合金粉末。
實施例1燒結50mm×4mm×40mm薄壁墻燒結工藝為使用平均粒徑為100μm的鎳銅錫合金粉末。激光功率設定為1150W，離焦量20mm，送粉轉速20r/min。分別用300mm/min、350mm/min、400mm/min的掃描速度燒結三個50mm×4mm×40mm薄壁墻樣品。在計算機中生成薄壁墻的三維CAD模型50mm×4mm×40mm，利用切片軟件將三維CAD模型轉換成20個與激光照射方向垂直的二維平面模型50mm×4mm，并將二維平面模型的數(shù)據(jù)轉換成數(shù)控加工命令，控制激光熔覆燒結成型裝置的工作過程。燒結出的樣品組織均為致密、均勻、無宏觀偏析。進一步研究表明，當掃描速度為300mm/min時，激光光斑作用處與成形基體之間的溫度梯度較大，枝晶組織跨層生長為外延式枝晶，生長方向一致，層與層之間的界面不明顯，保證了各層之間整體的結合強度和組織在生長方向上的連續(xù)性。而掃描速度為350mm/min時組織最為致密。
實施例2燒結Φ30mm×2mm×40mm的薄壁圓筒燒結工藝為使用平均粒徑為125μm的鎳銅錫合金粉末。利用切片軟件將三維CAD模型轉換成40個與激光照射方向垂直的二維平面模型，燒結過程中，掃描速度固定為350mm/min，離焦量為20mm，送粉轉速為20r/min，在上述條件下，分別用1000W和1150W、1300W的激光功率，燒結出三個Φ30mm×2mm×40mm的薄壁圓筒樣品。結果表明，樣品組織都比較致密。而激光功率為1150W時，樣品層與層間為冶金結合，組織最致密，未發(fā)現(xiàn)氣孔和裂紋。
實施例3燒結30mm×30mm×20mm的薄壁方筒燒結工藝為使用平均粒徑為150μm的鎳銅錫合金粉末。利用切片軟件將三維CAD模型轉換成10個與激光照射方向垂直的二維平面模型，燒結過程中，掃描速度固定為350mm/min，激光功率設定為1150W，送粉轉速為20r/min。在上述條件下，分別用15mm、20mm和25mm的離焦量燒結三個30mm×30mm×20mm的薄壁方筒。結果表明，樣品組織均比較致密、均勻。相比較而言，離焦量為20mm時，枝晶組織最為細長、均勻、生長方向一致。
實施例4燒結60mm×20mm×20mm的長方體燒結工藝為使用平均粒徑為100μm的鎳銅錫合金粉末。利用切片軟件將三維CAD模型轉換成20個與激光照射方向垂直的二維平面模型，燒結過程中，設定掃描速度為350mm/min，激光功率為1150W，離焦量20mm。在上述條件下，用15、20、25r/min不同的送粉轉速燒結三個50mm×4mm×40mm的薄壁墻樣品。結果表明，樣品組織均很致密，在20r/min時的枝晶組織最為細長、均勻。
權利要求
1.一種鎳基合金粉末激光熔覆燒結成型方法，基于一個由四軸聯(lián)動數(shù)控工作臺、激光器、反射鏡、粉末噴嘴、送粉器和計算機組成的激光熔覆燒結成型裝置，其特征在于，(1)選擇燒結材料；為鎳銅錫合金粉末，其成分及制備方法詳見專利申請200510011864.4，合金粉末的平均粒徑為100～150μm；(2)編制加工程序；在計算機中生成被成型零件的三維CAD模型，利用切片軟件將三維CAD模型轉換成一系列與激光照射方向垂直的二維平面模型，二維平面模型之間的間隔是1～2mm，并將二維平面模型的數(shù)據(jù)轉換成數(shù)控加工命令，控制激光熔覆燒結成型裝置的工作過程；(3)燒結成型；將基體零件固定在四軸聯(lián)動數(shù)控工作臺上，打開激光器和送粉器進行同軸送粉，在計算機控制下開始燒結，所用的工藝參數(shù)如下燒結選用激光功率為1000～1300W、掃描速度300～400mm/min、離焦量15～25mm，送粉轉速為15～25r/min。
全文摘要
本發(fā)明屬于激光快速成型技術領域，涉及對鎳基合金粉末的激光熔覆燒結成型方法的改進。本發(fā)明的步驟是選擇鎳銅錫合金粉末為燒結材料；編制加工程序；燒結成型，所用的工藝參數(shù)為激光功率為1000～1300W、掃描速度300～400mm/min、離焦量15～25mm，送粉轉速為15～25r/min。本發(fā)明方法，成型零件的合金成分偏析少、組織致密均勻。解決了選區(qū)激光燒結快速成型中的合金成分偏析、組織不均勻的問題。
文檔編號B22F7/00GK1883852SQ20051007733
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月22日 優(yōu)先權日2005年6月22日
發(fā)明者譚永生, 張雁, 費群星, 曹文斌, 趙靖 申請人:中國航空工業(yè)第一集團公司北京航空制造工程研究所, 北京科技大學