一种石墨烯增强的高温合金的制备方法与流程

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种石墨烯增强的高温合金的制备方法。

背景技术：

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，又被称为“超合金”，主要应用于航空航天领域和能源领域。gh3536合金是一种经铬和钼元素固溶强化的铁含量较高的镍基高温合金，该合金具有良好的腐蚀性和抗氧化性，在900℃以下可以长期使用，短时工作温度高达1080℃，适用于制造航空发动机的燃烧室部件和其他高温部件。

3d打印即快速成型技术的一种，又称增材制造，而金属3d打印技术被行内专家视为3d打印领域高难度、高标准的发展分支，在工业制造领域有着举足轻重的地位。现如今，世界各国工业制造都在大力研发金属增材制造技术，尤其是航空航天制造业，更是不惜耗费大量财力、物力加大研发力度。金属3d打印在航空航天领域的应用优势突出，有着可缩短新型航空航天装备的研发周期，提高材料的利用率，优化零件结构，减轻重量，减少应力集中，增加使用寿命等优点。

随着航天发动机的发展，高温合金材料的使用越来越广泛，高温合金的抗拉强度在很大程度上影响航空发动机的寿命。如果能够提高高温合金的抗拉强度，那么就能提高发动机的寿命，因此提高高温合金的抗拉强度有着重要的意义，也是本领域技术人员急需解决的技术难题。

技术实现要素：

针对上述背景技术所提出的技术难题，本发明的目的在于提供一种石墨烯增强的高温合金的制备方法。

本发明提供一种石墨烯增强的高温合金的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一，制备高温合金粉体；

步骤二，将石墨烯粉体和高温合金粉体进行复合；

步骤三，将复合后的材料进行干燥处理；

步骤四，使用3d打印技术打印成型制品。

优选的是，所述石墨烯粉体的薄膜厚度为1-10层。

优选的是，所述高温合金粉体包gh3536高温合金粉体。

优选的是，所述gh3536高温合金粉体的粒径为15μm-53μm。

优选的是，所述步骤一包括将高温合金棒材制备成粉体。

优选的是，步骤二中石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:1至1:1000。

优选的是，将石墨烯粉体和高温合金粉体进行均匀复合，所述复合方法包括物理复合；

优选的是，所述物理复合包括球磨复合；

优选的是，所述球磨复合包括如下步骤：将石墨烯和高温合金粉体，按照质量比为1：1-1：1000的比例一起加入球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35-40hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min-150min。

优选的是，步骤三中干燥时间为30min-300min。

优选的是，步骤四中所述3d打印技术包括选择性激光烧结(sls)3d打印技术、选择性激光熔化(slm)3d打印技术、电子束熔化(ebm)3d打印技术、激光熔覆式成型技术(lmd)3d打印技术和直接金属激光成型(dmls)3d打印技术中的其中一种或多种。

本发明还提供一种石墨烯增强的高温合金，所述高温合金由上述任一种方法制备而成。

本发明的优异效果在于：

提高了高温合金的抗拉强度。

高温合金强度提高后能够提高用它制造的零件或设备的寿命；

高温合金强度提高后，使用在航空航天领域能够实现减重的效果。

附图说明

图1为一种石墨烯增强gh3536高温合金的流程示意图；

图2为gh3536粉体图；

图3为gh3536粉体和石墨烯粉体复合后的粉体图；

图4为gh3536粉体和石墨烯粉体复合并干燥处理后的粉体图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种石墨烯增强的高温合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一，制备高温合金粉体；

步骤二，将石墨烯粉体和高温合金粉体进行复合；

步骤三，将复合后的材料进行干燥处理；

步骤四，使用3d打印技术打印成型制品。

在一个具体的实施例中，所述步骤一包括将高温合金棒材制备成粉体。

石墨烯粉体包括一层以上的石墨烯层组成的薄膜状粉体。在一个具体的实施例中，所述步骤二中石墨烯粉体的薄膜厚度为1-10层。

步骤二中所述的复合包括球磨复合。

在一个具体的实施例中，所述高温合金粉体包括gh3536高温合金粉体。在一个具体的实施例中，gh3536高温合金粉体的的粒径为15μm-53μm。需要作出说明的是，本发明提供的方法不只是适用于gh3536高温合金粉体，也完全适用于其他高温合金粉体。

在一个具体的实施例中，步骤二中石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:1至1:1000。

在一个具体的实施例中，步骤三中干燥时间为30min-300min。

在一个具体的实施例中，步骤四中所述3d打印技术包括选择性激光烧结(sls)3d打印技术、选择性激光熔化(slm)3d打印技术、电子束熔化(ebm)3d打印技术、激光熔覆式成型技术(lmd)3d打印技术和直接金属激光成型(dmls)3d打印技术中的其中一种或多种。

以下以gh3536高温合金为例结合图1-4对本发明的石墨烯增强的高温合金的制备方法作进一步的说明。

如图1所示，本发明的制备石墨烯增强的gh3536高温合金的方法包括如下步骤：

一、提供gh3536粉体

在本步骤中，将gh3536高温合金棒材通过惰性气体雾化方法制备成gh3536粉体，制备的gh3536粉体如图2所示。通过使用光电显微镜观察测量，所制备的gh3536粉体的粒径主要分布在15μm至53μm。

二、提供石墨烯粉体

在本步骤中，石墨烯粉体选择层数控制在1层至10层的石墨烯，纯度在99.5％以上。

三、复合粉体

在本步骤中，称重gh3536高温合金粉体和石墨烯粉体，将gh3536高温合金粉体和石墨烯粉体通过复合设备进行物理复合，复合后的粉体如图3所示。其中，石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:1至1:1000。

所述的复合包括球磨复合。在一个具体的实施例中，采用砂锆珠球磨机复合，所述砂锆珠球磨机复合gh3536的操作过程是：将石墨烯粉体和标准gh3536高温合金粉体材料，按照质量比为1：1-1：1000的比例一起加入锆珠球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35—40hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min—150min。

在一个具体的实施例中，称重gh3536高温合金粉体4000g和石墨烯粉体320g，将gh3536高温合金粉体和石墨烯粉体通过复合设备进行60min物理复合。

四、干燥处理

在本步骤中，将复合后的粉体进行30min-300min干燥处理，干燥后的粉体如图4所示。

五、3d打印

在本步骤中，利用干燥后的复合粉体，通过3d打印技术打印成型制品。所述3d打印技术包括但不限于选择性激光烧结(sls)、选择性激光熔化(slm)、电子束熔化(ebm)、激光熔覆式成型技术(lmd)和直接金属激光成型(dmls)。

利用该成型制品进行抗拉强度测试，2个成型制品的测得的抗拉强度分别是1102.4mpa和1101.9mpa。而未使用石墨烯增强的gh3536高温合金的抗拉强度为690mpa，因此，该发明通过使用石墨烯增强了gh3536高温合金的抗拉强度，将抗拉强度提升了约60％。

实施例1

一种石墨烯增强的gh3536高温合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：

将gh3536高温合金棒材通过惰性气体雾化方法制备成gh3536粉体；

称重gh3536高温合金粉体和石墨烯粉体，石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:1，将gh3536高温合金粉体和石墨烯粉体通过复合设备进行物理复合；所述物理复合包括砂锆珠球磨机复合，所述砂锆珠球磨机复合gh3536的操作过程是：将石墨烯和标准gh3536高温合金粉体材料一起加入锆珠球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35—40hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min—150min；

将复合后的粉体进行45min干燥处理；

利用干燥后的复合粉体，通过选择性激光熔化(slm)3d打印技术打印成型制品。

实施例2

一种石墨烯增强的gh3536高温合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：

将gh3536高温合金棒材通过惰性气体雾化方法制备成gh3536粉体；

称重gh3536高温合金粉体和石墨烯粉体，石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:50，将gh3536高温合金粉体和石墨烯粉体通过复合设备进行物理复合；所述物理复合包括砂锆珠球磨机复合，所述砂锆珠球磨机复合gh3536的操作过程是：将石墨烯和标准gh3536高温合金粉体材料一起加入锆珠球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35—40hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min—50min；

将复合后的粉体进行30min干燥处理；

利用干燥后的复合粉体，通过选择性激光烧结(sls)3d打印技术打印成型制品。

实施例3

一种石墨烯增强的gh3536高温合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：

将gh3536高温合金棒材通过惰性气体雾化方法制备成gh3536粉体；

称重gh3536高温合金粉体和石墨烯粉体，石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:1000，将gh3536高温合金粉体和石墨烯粉体通过复合设备进行物理复合；所述物理复合包括砂锆珠球磨机复合，所述砂锆珠球磨机复合gh3536的操作过程是：将石墨烯和标准gh3536高温合金粉体材料一起加入锆珠球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35—40hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min—50min；

将复合后的粉体进行150min干燥处理；

利用干燥后的复合粉体，通过电子束熔化(ebm)3d打印技术打印成型制品。

实施例4

一种石墨烯增强的gh3536高温合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：

将gh3536高温合金棒材通过惰性气体雾化方法制备成gh3536粉体；

称重gh3536高温合金粉体和石墨烯粉体，石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:500，将gh3536高温合金粉体和石墨烯粉体通过复合设备进行物理复合；所述物理复合包括砂锆珠球磨机复合，所述砂锆珠球磨机复合gh3536的操作过程是：将石墨烯和标准gh3536高温合金粉体材料一起加入锆珠球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35—40hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min—50min；

将复合后的粉体进行300min干燥处理；

利用干燥后的复合粉体，通过激光熔覆式成型技术(lmd)3d打印技术打印成型制品。

实施例5

一种石墨烯增强的gh3536高温合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：

将gh3536高温合金棒材通过惰性气体雾化方法制备成gh3536粉体；

称重gh3536高温合金粉体和石墨烯粉体，石墨烯粉体和高温合金粉体的混合比例为质量比1:100，将gh3536高温合金粉体和石墨烯粉体通过复合设备进行物理复合；所述物理复合包括砂锆珠球磨机复合，所述砂锆珠球磨机复合gh3536的操作过程是：将石墨烯和标准gh3536高温合金粉体材料一起加入锆珠球磨机的研磨腔内，把球磨机的转速调整到35—40hz时，启动转动设备，让球磨机运转30min—50min；

将复合后的粉体进行200min干燥处理；

利用干燥后的复合粉体，通过直接金属激光成型(dmls)3d打印技术打印成型制品。