一种17-4PH梯度材料及其选区激光熔融制备方法和应用
本发明属于增材制造技术领域，涉及一种17‑4PH梯度材料及其制备方法和应用。本发明采用同种金属材料制备组织结构梯度材料，通过计算机精确控制打印件不同分区的3D打印参数，采用同种成分材料实现不同分区的组织结构交替分布，从而一体化快速成形具有梯度组织结构的金属材料。本发明在制件高度方向和/或水平方向制备得到梯度组织结构，还能够根据服役环境定制金属梯度材料的显微组织，简单高效、成本低，在材料组成、组织、性能及外形尺寸控制方面具有高耐空蚀性。通过合理的结构设计、材料选择以及工艺匹配，发展出集材料设计、制备、成形及组织性能控制于一体的柔性智能制造技术，在新型梯度结构的直接成形方面具有显著的技术优势。
发明专利
CN202310634383.7
2023-05-31
CN116550997A
2023-08-08
B22F10/28(2021.01)
西安建筑科技大学
王岩;屈栋;刘世锋;魏瑛康;王建勇;张亮亮;贾文鹏
710000 陕西省西安市雁塔路中段13号
西安铭泽知识产权代理事务所(普通合伙)
崔瑞迎
陕西;61
1.一种17-4PH梯度材料的选区激光熔融制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)设计17-4PH不锈钢梯度材料的显微组织，根据显微组织特点进行分区，并确定不同分区的残余奥氏体含量； (2)构建不同分区的计算机三维模型，然后组装成整体制件三维模型，不同分区之间相互搭接，并形成有搭接区，搭接区的宽度为一个熔池宽度； (3)根据不同分区显微组织中残余奥氏体含量，分别在计算机上对不同分区设置相同3D打印参数和不同3D打印扫描路径； (4)对基板进行打印前预热，将干燥的不锈钢粉末置入选区激光熔融设备内，于惰性气氛下采用选区激光熔融设备于基板表面进行激光打印，按照相同3D打印参数和不同的扫描路径，进行逐行、逐层打印，得到17-4PH梯度材料制件。 2.根据权利要求1所述的17-4PH梯度材料的选区激光熔融制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中不同分区的残余奥氏体含量为11.5％-29.2％。 3.根据权利要求1所述的17-4PH梯度材料的选区激光熔融制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中3D打印参数为：激光光斑直径为70μm，激光功率为150W，激光扫描速率为1200mm/s，激光扫描间距为50μm，铺粉层厚为50μm；3D打印扫描路径为双向扫描路径和棋盘式扫描路径交替设置。 4.根据权利要求1所述的17-4PH梯度材料的选区激光熔融制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中基板为不锈钢基板，将基板打印前预热至190-210℃； 所述步骤(4)惰性气氛的气体为氩气或氮气，纯度为99.99wt％，氧含量小于0.0001wt％；所述步骤(4)中激光打印的操作为：将不锈钢粉末装入选区激光熔融设备工作腔内的供粉缸并进行铺粉，设定取粉厚度为100-110μm；于选区激光熔融设备工作腔内的成型仓内铺粉，预铺粉厚度为50μm，对选区激光熔融设备工作腔抽真空至处于中真空度环境，然后向工作腔内通入惰性气体至氧含量低于100ppm。 5.根据权利要求1所述的17-4PH梯度材料的选区激光熔融制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中不锈钢粉末的粒径为15～53μm，所述步骤(4)中不锈钢粉末由以下质量百分比的原料组成：Cr15.1-17.5％；Ni3.0-5.0％；C≤0.07％；Cu3.0-5.0％；Nb0.15-0.45％；Mn≤1.0％；Si≤1.0％；S≤1.0％；P≤0.04％，余量为Fe，各原料的质量百分比之和为100％。 6.根据权利要求5所述的17-4PH梯度材料的选区激光熔融制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中不锈钢粉末由以下质量百分比的原料组成：Cr16.34％；Ni4.35％；C0.041％；Cu4.02％；Nb0.40％；Mn0.66％；Si0.58％；S0.007％；P0.014％，余量为Fe，各原料的质量百分比之和为100％。 7.根据权利要求1所述的17-4PH梯度材料的选区激光熔融制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的分区量N为≥2的正整数，设计金属梯度材料为2个分区具有不同含量残余奥氏体显微组织时，控制其中一个分区为双向扫描路径，另一分区为棋盘式扫描路径，每个分区的高度均设计为2000-5000μm，铺粉层厚为50μm；两个分区之间呈水平或竖直排列。 8.根据权利要求7所述的17-4PH梯度材料的选区激光熔融制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中设计金属梯度材料N＞2个分区具有不同含量残余奥氏体显微组织时，将整体制件切分为N个模块，然后相互搭接形成一个整体；通过双向扫描路径、棋盘式扫描路径交替设置，使每相邻两分区的能量输入和冷却速率发生交替变化，从而得到不同分区的组织结构、晶粒尺寸和晶粒取向的交替分布，最后形成具有交替组织结构的金属材料，每个分区的高度均设计为2000-5000μm，铺粉层厚为50μm。 9.一种权利要求1-8任一项所述制备方法制得的17-4PH梯度材料。 10.一种权利要求9所述的17-4PH梯度材料在制备高耐空蚀性马氏体沉淀硬化钢中的应用。