本發(fā)明涉及冶金，更具體的說是涉及一種大層厚高壓激光選區(qū)熔化制備合金的方法。

背景技術：

1、大層厚打印技術在3d打印領域一直是一個重要的研究課題。傳統(tǒng)的激光粉末床熔融(lpbf)工藝在制造金屬材料時，通常采用的層厚較低(如30μm)，這導致了制備效率低和成本高等問題。特別是在航空航天領域，對高強鋁合金的需求推動了大層厚打印技術的發(fā)展。然而，大層厚打印過程中容易出現成型困難、成型質量差等問題，限制了其應用。

2、激光選區(qū)熔化(slm)技術作為一種先進的增材制造技術，近年來在國內外得到了廣泛關注和研究。slm技術通過高能量密度的激光束熔化金屬粉末，實現逐層堆積成型。盡管slm技術在精度和細節(jié)方面表現出色，但在大層厚打印方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如熱裂紋、孔隙率、機械性能下降等問題。

3、針對大層厚打印問題，國內外研究人員進行了大量探索。吳鑫華院士團隊與多家高校及研究機構合作，成功實現了含sc高強鋁合金大層厚高效率3d打印的突破。研究表明，通過采用低成本粗粉和優(yōu)化工藝參數，可以在120μm層厚下實現超過99.2％的相對密度，并且具有良好的機械性能。此外，鉑力特公司開發(fā)的blt-a320m設備采用140μm大層厚工藝，顯著提高了打印效率，同層厚情況下相比傳統(tǒng)工藝效率提高約10％，在保證致密度的情況下，效率提高約160％。

4、然而，傳統(tǒng)的slm技術在制備大層厚合金時仍存在一些問題，如，成型困難，由于層厚增加，熔池尺寸和形狀發(fā)生變化，導致成型過程更加復雜；成型質量差，層厚增加容易導致孔隙率增加、熔合不良等問題，影響成型件的機械性能和外觀質量；熱裂紋，高能量輸入和快速冷卻過程容易在材料中產生熱應力，導致熱裂紋的產生。

5、因此，如何開發(fā)一種新型的slm技術制備大層厚合金是本領域技術人員亟需解決的問題。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種大層厚高壓激光選區(qū)熔化制備合金的方法，以解決現有技術中的不足。

2、為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

3、一種大層厚高壓激光選區(qū)熔化制備合金的方法，具體包括以下步驟：

4、(1)將合金粉體放入粉倉中，刮粉找平；

5、(2)關閉粉倉，抽真空，充入惰性氣體；

6、(3)將激光束按預設的成形工藝參數開始打印，激光每掃描過一層，將合金粉體鋪于當前層上并刮平找平，然后進行第二層掃描，如此層層堆積，層層選區(qū)打印，最終形成三維實體合金零件；

7、(4)關閉激光，排出惰性氣體，取出三維實體合金零件，收集殘余合金粉體以備循環(huán)使用。

8、進一步，上述步驟(1)中，合金粉體為粒徑5～100μm的球形粉體。更進一步，上述合金粉體采用分級搭配，其中，15～53μm粉體的質量占比≥60％，5～15μm粉體與53～100μm粉體的質量比為1:2或3:5。更進一步，上述合金粉體為316l不銹鋼粉體或co-cr-fe-ni-mn粉體。

9、進一步，上述步驟(2)中，惰性氣體為氬氣或氮氣，根據合金粉體的性能，將粉倉環(huán)境更換成所需的氣氛環(huán)境。更進一步，上述惰性氣體充入至粉倉內的氣體壓力為1.0～20.0mpa，使粉倉內成為高壓環(huán)境。

10、進一步，上述步驟(3)中，成形工藝參數包括激光功率、掃描速度和鋪粉厚度。更進一步，上述激光功率為250～350w。更進一步，上述掃描速度為800～1000mm/s。更進一步，上述鋪粉厚度為0.01～0.50mm，優(yōu)選為0.30～0.50mm。

11、經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：

12、本發(fā)明采用高壓原位致密化熔融凝固，克服了大層厚孔隙率問題；鋪粉層厚大，鋪粉次數少，縮短了生產周期，提高了生產效率；由此制得的合金制品裂紋少、致密度高；該方法對各類激光高溫熔融凝固合金制備均適用。

技術特征：

1.一種大層厚高壓激光選區(qū)熔化制備合金的方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種大層厚高壓激光選區(qū)熔化制備合金的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述合金粉體為粒徑5～100μm的球形粉體。

3.根據權利要求2所述的一種大層厚高壓激光選區(qū)熔化制備合金的方法，其特征在于，所述合金粉體采用分級搭配，其中，15～53μm粉體的質量占比≥60％，5～15μm粉體與53～100μm粉體的質量比為1:2或3:5。

4.根據權利要求2所述的一種大層厚高壓激光選區(qū)熔化制備合金的方法，其特征在于，所述合金粉體為316l不銹鋼粉體或co-cr-fe-ni-mn粉體。

5.根據權利要求1所述的一種大層厚高壓激光選區(qū)熔化制備合金的方法，其特征在于，步驟(2)中，所述惰性氣體為氬氣或氮氣。

6.根據權利要求5所述的一種大層厚高壓激光選區(qū)熔化制備合金的方法，其特征在于，所述惰性氣體充入至粉倉內的氣體壓力為1.0～20.0mpa。

7.根據權利要求1所述的一種大層厚高壓激光選區(qū)熔化制備合金的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述成形工藝參數包括激光功率、掃描速度和鋪粉厚度。

8.根據權利要求7所述的一種大層厚高壓激光選區(qū)熔化制備合金的方法，其特征在于，所述激光功率為250～350w。

9.根據權利要求7所述的一種大層厚高壓激光選區(qū)熔化制備合金的方法，其特征在于，所述掃描速度為800～1000mm/s。

10.根據權利要求7所述的一種大層厚高壓激光選區(qū)熔化制備合金的方法，其特征在于，所述層層堆積的鋪粉厚度為0.01～0.50mm。

技術總結
本發(fā)明公開了一種大層厚高壓激光選區(qū)熔化制備合金的方法，具體包括以下步驟：(1)將合金粉體放入粉倉中，刮粉找平；(2)關閉粉倉，抽真空，充入惰性氣體；(3)將激光束按預設的成形工藝參數開始打印，激光每掃描過一層，將合金粉體鋪于當前層上并刮平找平，然后進行第二層掃描，如此層層堆積，層層選區(qū)打印，最終形成三維實體合金零件；(4)關閉激光，排出惰性氣體，取出三維實體合金零件，收集殘余合金粉體以備循環(huán)使用。本發(fā)明采用高壓原位致密化熔融凝固，克服了大層厚孔隙率問題；鋪粉層厚大，鋪粉次數少，縮短了生產周期，提高了生產效率；由此制得的合金制品裂紋少、致密度高；該方法對各類激光高溫熔融凝固合金制備均適用。

技術研發(fā)人員：趙定國,孫鑫,石家豪,李衛(wèi)欣,王書桓,倪國龍
受保護的技術使用者：華北理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/4/24