一种增材制造用窄粒度分布GH4099高温合金粉及其制备和应用的制作方法

本发明属于gh4099高温合金粉及其制备领域，具体涉及一种增材制造用窄粒度分布gh4099高温合金粉及其制备和应用。

背景技术：

1、gh4099是一种典型的时效强化型的镍基高温合金，具有优良的综合力学性能，900℃以下可以长期使用，短时最高工作温度可达1000℃。gh4099合金增材制造零部件形状复杂、质量要求高，对制造技术提出了较高要求，增材制造型号产品已得到验证，对gh4099增材制造用粉末有着很大需求。

2、等离子旋转电极雾化制粉(prep)技术是一种基于电极棒料高速旋转离心雾化原理的金属粉末制备方法，该技术生产的粉末具有流动性好、气体夹杂少、少或无卫星粉等优点，在核工业、航天航空和生物医疗等领域获得了重要应用。随着国内金属增材制造技术的不断发展，多种采用增材制造技术生产的高温合金结构件已经完成了在航空航天产品中的工程化验证，作为金属增材制造的原材料，球形粉末的制备技术及工程化应用推广是增材制造与粉末冶金产业持续发展的关键，当前增材制造高温合金粉末尚存在批次稳定性差、陶瓷夹杂、成形件开裂等问题，开展航天特种高温合金粉末制备技术研究，可实现增材制造领域所需的特种高温合金粉末材料自主可控制备尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有增材制造用高温合金粉末存在批次稳定性差、陶瓷夹杂、成形件开裂的技术问题，而提供了一种增材制造用窄粒度分布gh4099高温合金粉及其制备和应用。

2、本发明的目的之一在于提供一种增材制造用窄粒度分布gh4099高温合金粉，所述合金粉成分及质量百分含量为c：0.03-0.05％、cr：17-20％、co：5-8％、w：5-7％、mo：3.5-4.5％、al：1.7-2.1％、ti：1-1.35％、余量ni和杂质，粒度为30-53μm的合金粉占59wt％。

3、进一步限定，所述合金粉中杂质成分包括fe、b、ce、mg、mn、si、p、s，其中mn＜0.05％、si＜0.05％、p≤0.01％、s≤0.01％。

4、本发明的目的之二在于提供一种制备上述增材制造用窄粒度分布gh4099高温合金粉的方法，所述方法按以下步骤进行：

5、将gh4099高温合金棒材通过等离子旋转电极制备合金粉，电极棒转速为38000-42000rpm、电流强度为600-700a、进给速率为1.8-2.2mm/s。

6、进一步限定，gh4099高温合金棒材中元素组成及其含量与所述增材制造用窄粒度分布gh4099高温合金粉相同。

7、进一步限定，电极棒转速为40000rpm、电流强度为650a、进给速率为2mm/s。

8、进一步限定，所述53μm以下合金粉收得率高达59wt％。

9、本发明的目的之三在于提供一种上述增材制造用窄粒度分布gh4099高温合金粉的应用。

10、进一步限定，增材制造工艺参数：激光功率为260-275w、扫描速度为950-1050mm/s、扫描间距为0.09mm。

11、本发明的目的之四在于提供一种上述应用后得到的gh4099高温合金。

12、进一步限定，所述gh4099高温合金900℃下的抗拉强度≥416mpa，延伸率≥17％。

13、本发明与现有技术相比具有的显著效果：

14、本发明提供一种基于等离子旋转电极制备激光选区熔化成形用gh4099高温合金粉末的方法，对比已有技术具有以下创新点：

15、1)等离子旋转电极制gh4099高温合金元素成分优化

16、通过调控合金元素成分，对等离子旋转电极制gh4099高温合金粉末进行成分优化，通过减少al、ti含量提高高温塑性，从而减少激光选区熔化成形过程中的热裂倾向，与此同时，al、ti含量的降低导致体系内，co、w、mo元素含量相对增加，弥补因γ'相量减少而损失的部分强度。此外，通过优化合金粉末中的杂质元素，降低粉末制备过程中的氧增量，从而实现合金粉的稳定制备。

17、2)本发明在高温合金快速凝固、破碎机理等理论研究的基础上调控制粉工艺参数，显著降低粉末平均粒度并缩小粒径分布范围，提升细粉收得率达到59％。通过电极棒旋转速度的调控显著提升细分收得率，通过电流强度的调控显著缩小粉末粒度分布范围，此外，prep制粉过程中，应尽可能保证棒料端面的熔化速度与棒料的进给速率相等。若进给速率过小，则等离子弧会出现断弧现象，反之，棒料端面来不及充分熔化，会出现飞边现象，进给速率需要和电流强度相匹配，共同作用于粉末粒度分布范围宽窄变化。

18、3)激光熔化成形过程中，宏观与微观质量受多个工艺参数协同作用，合理匹配各工艺参数并进行激光选区熔化成形试验，使成型gh4099高温合金综合性能优异。

技术特征：

1.一种增材制造用窄粒度分布gh4099高温合金粉，其特征在于，合金粉成分及质量百分含量为c：0.03-0.05％、cr：17-20％、co：5-8％、w：5-7％、mo：3.5-4.5％、al：1.7-2.1％、ti：1-1.35％、余量ni和杂质，粒度为30-53μm的合金粉占59wt％。

2.根据权利要求1所述的一种增材制造用窄粒度分布gh4099高温合金粉，其特征在于，杂质包括fe、b、ce、mg、mn、si、p、s，其中mn＜0.05％、si＜0.05％、p≤0.01％、s≤0.01％。

3.权利要求1或2所述的增材制造用窄粒度分布gh4099高温合金粉的制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，gh4099高温合金棒材中元素组成及其含量与所述增材制造用窄粒度分布gh4099高温合金粉相同。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，电极棒转速为40000rpm、电流强度为650a、进给速率为2mm/s。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，53μm以下合金粉收得率高达59wt％。

7.权利要求1或2所述的增材制造用窄粒度分布gh4099高温合金粉用于增材制造gh4099高温合金。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，增材制造工艺参数：激光功率为260-275w、扫描速度为950-1050mm/s、扫描间距为0.09mm。

9.权利要求8增材制造得到的gh4099高温合金。

10.根据权利要求9所述的gh4099高温合金，其特征在于，900℃下的抗拉强度≥416mpa，延伸率≥17％。

技术总结
一种增材制造用窄粒度分布GH4099高温合金粉及其制备和应用。本发明属于GH4099高温合金粉及其制备领域。本发明的目的是为了解决现有增材制造用高温合金粉末存在批次稳定性差、陶瓷夹杂、成形件开裂的技术问题。本发明的增材制造用窄粒度分布GH4099高温合金粉成分及质量百分含量为C：0.03‑0.05％、Cr：17‑20％、Co：5‑8％、W：5‑7％、Mo：3.5‑4.5％、Al：1.7‑2.1％、Ti：1‑1.35％、余量Ni和杂质，粒度为30‑53μm的合金粉占59wt％。方法：通过等离子旋转电极制备合金粉。本发明合金粉用于增材制造GH4099高温合金。

技术研发人员：刘邦涛,田操,陈卓,邓姗珊,杨天财,白爽
受保护的技术使用者：航天海鹰（哈尔滨）钛业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11