本發(fā)明涉及一種增材制造鎳基高溫合金的固溶處理，特別是涉及一種增材制造鎳基高溫合金的連續(xù)脈沖電流固溶處理方法。

背景技術(shù)：

1、鎳基高溫合金具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能、較高的耐溫能力、良好的加工性能和耐腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)的工作葉片、渦輪盤、燃燒室等關(guān)鍵部件。由于航空發(fā)動機(jī)長期服役在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、交變負(fù)載等條件下，這不可避免的會導(dǎo)致一些零部件的損壞。因此，為了避免造成大量材料的浪費，優(yōu)異的修復(fù)技術(shù)至關(guān)重要。增材制造相比于其他修復(fù)技術(shù)具有成型精度高，工藝流程短，力學(xué)性能好等一系列優(yōu)點，適合制造和修復(fù)一些復(fù)雜的高溫合金零部件。

2、盡管增材制造工藝(103–106k/s)相比于鑄造工藝(101–102k/s)冷卻速率快的多，但在制造過程中仍然有大量nb元素偏聚在枝晶間區(qū)域，凝固過程中發(fā)生共晶反應(yīng)形成大量連續(xù)不規(guī)則的laves有害相。眾所周知，laves有害相屬于一種硬脆微尺度有害相，在合金變形過程中往往會阻礙位錯運動，造成應(yīng)力集中，同時laves有害相與γ基體不共格，因此laves有害相與γ基體之間的協(xié)調(diào)變形能力較差，難以實現(xiàn)強(qiáng)度和塑性的良好兼容。

3、現(xiàn)有技術(shù)通常采用傳統(tǒng)高溫固溶處理的方法對合金中的laves有害相進(jìn)行調(diào)控，但是標(biāo)準(zhǔn)固溶溫度無法促進(jìn)足夠多的nb元素擴(kuò)散并溶解laves有害相，尺寸較大的laves有害相需要在較高的溫度下長時間保溫才能有效分解或消除laves有害相。目前來說，消除增材制造鎳基高溫合金材料中有害相的新型處理技術(shù)鮮有報道。blackwell?p?l.對增材制造inconel?718合金熱處理的研究(journal?of?materials?processing?technology，2005，170：240-246.)中發(fā)現(xiàn)，在1160℃下進(jìn)行熱等靜壓可以完全溶解沉積態(tài)樣品中的laves有害相，但傳統(tǒng)熱等靜壓方法不可避免地導(dǎo)致了晶粒嚴(yán)重粗化和性能下降。由此可知，傳統(tǒng)熱等靜壓和熱處理方法的高溫固溶處理技術(shù)不可避免的會改變增材制造合金組織狀態(tài)，有可能促進(jìn)再結(jié)晶過程，誘發(fā)晶粒異常長大造成晶粒粗化并改變晶內(nèi)亞結(jié)構(gòu)，這將對合金力學(xué)性能造成嚴(yán)重危害。同時，這兩種處理方法往往處理時間較長，處理溫度較高，造成了大量能源損耗。亟需開發(fā)出一種能耗低、效率高、精準(zhǔn)調(diào)控和操作簡單的新型處理方法來改善增材制造合金微觀組織和性能。

4、專利zl202110446493.1公開了一種采用脈沖電流方法實現(xiàn)普通鎳基變形高溫合金中強(qiáng)化相γ′溶解的新方法。但該方法是采用了特殊的高能脈沖電流，無法實現(xiàn)連續(xù)脈沖處理，且該方法是在幾個毫秒內(nèi)瞬間釋放幾千焦耳的能量，因此具有較大安全風(fēng)險和不可控性，在實際應(yīng)用中遇到較大困難，該方法也未涉及增材制造鎳基高溫合金材料。另外，特殊的高能脈沖電流方法在使用性、推廣性和安全性方面仍存在較大弊端。另外，上述技術(shù)所針對的對象是普通鎳基變形高溫合金中強(qiáng)化相γ′，并非針對增材制造鎳基高溫合金中的laves有害相。在此，增材制造鎳基高溫合金中的laves有害相不同于變形鎳基高溫合金中γ′相；其中γ′相與γ基體完全共格，γ′相形成元素與γ基體較為接近，并且溶解溫度較低；但是laves有害相與γ相完全不共格，laves有害相形成元素均為難熔元素，導(dǎo)致溶解溫度較高。

5、綜上，為了進(jìn)一步的提高增材制造鎳基高溫合金的綜合力學(xué)性能，亟需一種更加有效的固溶處理新方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種增材制造鎳基高溫合金的連續(xù)脈沖電流固溶處理方法，主要目的在于能有效分解或消除尺寸較大的laves有害相的同時，還能避免晶粒發(fā)生異常長大。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明主要提供如下技術(shù)方案：

3、一方面，本發(fā)明實施例提供一種增材制造鎳基高溫合金的連續(xù)脈沖電流固溶處理方法，其中，通過對增材制造鎳基高溫合金施加連續(xù)脈沖電流處理的方式，進(jìn)行固溶處理，以促進(jìn)增材制造鎳基高溫合金中的laves有害相的溶解，得到固溶處理后的增材制造鎳基高溫合金。

4、優(yōu)選的，經(jīng)過連續(xù)脈沖電流處理后，將增材制造鎳基高溫合金中的連續(xù)分布的長鏈狀laves有害相轉(zhuǎn)變?yōu)閺浬⒎植嫉念w粒狀。

5、優(yōu)選的，所述增材制造鎳基高溫合金的連續(xù)脈沖電流固溶處理方法，包括如下步驟：

6、步驟1)，將所述增材制造鎳基高溫合金加工成用于連續(xù)脈沖電流處理的工件；

7、步驟2)，將所述工件與脈沖電源連接，開啟脈沖電源，對所述工件施加連續(xù)脈沖電流處理；

8、步驟3)，將連續(xù)脈沖電流處理后的工件冷卻后，得到固溶處理后的增材制造鎳基高溫合金。

9、優(yōu)選的，在所述步驟1)中，所述增材制造鎳基高溫合金為沉積態(tài)激光增材制造鎳基高溫合金或沉積態(tài)電弧增材制造鎳基高溫合金。

10、優(yōu)選的，在所述步驟1)中，對所述增材制造鎳基高溫合金進(jìn)行切割、打磨、清洗處理，得到設(shè)定尺寸的工件。

11、優(yōu)選的，所述增材制造鎳基高溫合金為激光增材制造鎳基高溫合金；

12、優(yōu)選的，所述增材制造鎳基高溫合金為激光熔化沉積鎳基高溫合金；

13、優(yōu)選的，以重量百分含量計，所述增材制造鎳基高溫合金的化學(xué)成分如下：

14、fe：1-35wt％，cr：2-35wt％，mo：0-10wt％，al：0.1-5wt％，ti：0-5wt％，nb：2-10wt％，ta：0-5wt％，w：0.5-5wt％，co：1-20wt％，zr：0-1wt％，hf：0-1wt％，c：0-0.5wt％，b：0-0.05wt％，si：0-0.05wt％，ni：余量。

15、優(yōu)選的，所述連續(xù)脈沖電流處理的參數(shù)如下：

16、連續(xù)脈沖電流密度為50-1000a/mm2，優(yōu)選的，電流密度為200-400a/mm2；

17、連續(xù)脈沖電流寬度為1us-10ms，優(yōu)選的，電流寬度為0.1-2ms；

18、連續(xù)脈沖電流頻率為5-100hz，優(yōu)選為40-80hz；

19、占空比為1-80％，優(yōu)選為10-65％；

20、連續(xù)脈沖電流處理的溫度為1000-1150℃，連續(xù)脈沖電流處理的時間為2-15min，優(yōu)選的，連續(xù)脈沖電流處理的溫度為1050℃±2℃，連續(xù)脈沖電流處理的時間為10min±2min。

21、優(yōu)選的，在連續(xù)脈沖電流處理前，所述增材制造鎳基高溫合金中的laves有害相的體積分?jǐn)?shù)為9-10％；所述固溶處理后的增材制造鎳基高溫合金中的laves有害相體積分?jǐn)?shù)為0.2-4.5％，優(yōu)選為0.2-0.58％。

22、優(yōu)選的，在連續(xù)脈沖電流處理前，所述增材制造鎳基高溫合金中的晶粒尺寸為160-200μm；所述固溶處理后的增材制造鎳基高溫合金中的晶粒的尺寸為135-240μm。

23、另一方面，本發(fā)明實施例提供一種連續(xù)脈沖電流固溶處理后的增材制造鎳基高溫合金，其中，所述固溶處理后的增材制造鎳基高溫合金是采用上述任一項所述的增材制造鎳基高溫合金的固溶處理方法對增材制造鎳基高溫合金進(jìn)行固溶處理后得到；優(yōu)選的，所述固溶處理后的增材制造鎳基高溫合金中的laves有害相呈彌散分布的顆粒狀；優(yōu)選的，所述固溶處理后的增材制造鎳基高溫合金為增材制造鎳基高溫合金；優(yōu)選的，所述增材制造鎳基高溫合金為激光熔化沉積鎳基高溫合金；優(yōu)選的，所述固溶處理后的增材制造鎳基高溫合金中的laves有害相體積分?jǐn)?shù)為0.2-4.5％，優(yōu)選為0.2-0.58％；優(yōu)選的，所述固溶處理后的增材制造鎳基高溫合金中的晶粒的尺寸為135-240μm。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種增材制造鎳基高溫合金的連續(xù)脈沖電流固溶處理方法至少具有下列有益效果：

25、本發(fā)明實施例提供一種增材制造鎳基高溫合金的連續(xù)脈沖電流固溶處理方法，通過對增材制造鎳基高溫合金施加連續(xù)脈沖電流處理的方式，進(jìn)行固溶處理，以促進(jìn)增材制造鎳基高溫合金中的laves有害相的溶解，得到固溶處理后的增材制造鎳基高溫合金。在此，關(guān)于上述方案需要說明的是：本發(fā)明通過對增材制造后的鎳基高溫合金施加連續(xù)脈沖電流，在熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的耦合作用下加速了原子運動，實現(xiàn)了合金中的laves有害相快速溶解，同時保證了晶粒沒有發(fā)生長大，在保證合金強(qiáng)度不降低的前提下，使合金的延伸率大幅提升。并且對增材制造鎳基高溫合金施加連續(xù)脈沖電流處理，可以在較低溫度下使合金中l(wèi)aves有害相快速溶解，由于連續(xù)脈沖電流處理時間較短，合金中的晶粒來不及快速長大而保留了較高的晶界強(qiáng)化效果。另外，合金中的大部分laves有害相被溶解，保留了彌散分布的小顆粒狀laves有害相，這對合金力學(xué)性能的提高起到了關(guān)鍵作用。綜上，本發(fā)明利用連續(xù)脈沖電流處理技術(shù)，可以在較低溫度和較短時間快速實現(xiàn)增材制造鎳基高溫合金中的laves有害相溶解，具有效率高，節(jié)能環(huán)保等諸多有點。

26、進(jìn)一步地，增材制造鎳基高溫合金為激光熔化沉積鎳基高溫合金。其中，連續(xù)脈沖電流處理的參數(shù)為：連續(xù)脈沖電流密度為100-600a/mm2，連續(xù)脈沖電流頻率為5-100hz，占空比為10-80％，連續(xù)脈沖電流處理的溫度為1000-1150℃，連續(xù)脈沖電流處理的時間為2-15min。在此需要說明的是：本發(fā)明利用脈沖電流的電效應(yīng)和焦耳熱效通過改變系統(tǒng)的自由能來降低laves有害相溶解過程中的熱力學(xué)勢壘，導(dǎo)致laves有害相溶解溫度降低，同時增加原子的擴(kuò)散通量進(jìn)而提高了原子的擴(kuò)散速率。結(jié)合增材制造鎳基高溫合金laves有害相溶解溫度設(shè)置合理的脈沖電流參數(shù)，實現(xiàn)laves有害相在較低溫度和較短時間內(nèi)有效溶解。

27、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。