tic/wc/17-4ph高温耐磨钢的激光成形方法
技术领域
1.本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种tic/wc/17-4ph高温耐磨钢的激光成形方法。
背景技术：
2.17-4ph高强钢是一种由铜、铌/钶构成的沉淀硬化马氏体不锈钢，具有高强度、高硬度以及较好的焊接性能和耐腐蚀性能等一系列优点，被广泛应用于齿轮、轴类等具有一定耐腐蚀要求的高强度零部件。但是随着各零部件在工作中会发生摩擦产生大量的热，17-4ph所形成单一马氏体会发生变化，不能满足所需条件，故需要制备一种耐磨性能更强的零部件。碳化钨可提高材料的耐磨性，其作为增强相，加入的方式有高温作用下原位生成和外部加入两种，相对于传统的成形工艺，这两种方式很难实现。而采用slm技术能够快速实现零件的成形，并且通过添加钨粉末，在激光高热能作用下原位反应生成碳化钨，使碳化钨作为一种增强相，在高温作用下形成固溶体，则有效达到在高温作用下仍保持高耐磨性的使用性能效果。因此，在17-4ph高强钢中，采用该成形方法可提高零件的高温使用寿命。
技术实现要素：
3.本发明的目的是提供一种tic/wc/17-4ph高温耐磨钢的激光成形方法，该方法是一种实现高温耐磨构件激光成形的方法，用以满足零件的高温耐磨使用性能，提高使用寿命，扩大该不锈钢的应用市场，节约资源。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种tic/wc/17-4ph高温耐磨钢的激光成形方法，包括以下步骤：步骤一，粉末材料预处理（1）将17-4ph高强钢粉末在十二烷基苯磺酸钠、磷酸、去离子水的混合溶液中超声处理，温度35℃，时间1~1.5h，结束后冷却至室温，过滤，再将过滤后的固体加入丙酮和无水乙醇的混合溶液，室温超声清洗1~1.5h，过滤、真空干燥；（2）钨粉末过20μm筛，然后用30wt%的hf溶液清洗，去除表面氧化物，然后依次用30℃去离子水，丙酮和无水乙醇的混合溶液超声清洗，最后真空干燥；（3）tic粉末过20μm筛，然后用20wt%的硫酸溶液清洗，去除表面氧化物，然后依次用30℃去离子水，丙酮和无水乙醇的混合溶液超声清洗，最后真空干燥；步骤二，粉末材料混合将步骤一预处理后的17-4ph高强钢粉末、钨粉末、tic粉末混合均匀，加入含有机硅的粘结剂，球磨；步骤三，激光成形（1）利用计算机进行三维建模，并对三维实体进行切片处理，并设置切片层厚度；（2）在slm的粉末缸中预置、铺设计算机切片的厚度，相应的设置激光扫描路径，并设置激光成形工艺参数，包括粉末层铺设厚度、激光功率、光斑直径、激光扫描速度以及扫
描间距；（3）将成形的复合材料进行固溶处理，然后快速冷却，保留增强相固溶体成分，最后进行去应力和均匀化退火处理，即可获得tic/wc/17-4ph高温耐磨钢。
5.进一步，步骤一中，所述十二烷基苯磺酸钠、磷酸、去离子水的混合溶液中十二烷基苯磺酸钠、磷酸、去离子水的质量比为40:3:7。
6.进一步，步骤二中，所述预处理后的17-4ph高强钢粉末、钨粉末、tic粉末的质量比为98:1:1。
7.进一步，步骤二中，所述含有机硅的粘结剂为cl-24有机硅树脂胶粘剂或cl-ab有机硅树脂胶粘剂，所述粘结剂的用量为混合粉末质量的5%~10%。
8.进一步，步骤二中，球磨时球料比为10:1，球磨转速240~300r/min，球磨总时长为9~10h，球磨后粉末粒径0.06~0.1μm。
9.进一步，步骤三中，所述固溶处理的温度为1000~1100℃，快速冷却速率为18~22℃/s，退火处理的温度为640~660℃，退火处理的时间为2~3h。
10.进一步，步骤三中，激光采用连续、多模的圆柱形激光束，其能量视作均匀分布；粉末铺设层厚度为30~45μm，激光功率220~280w，激光光斑直径0.15mm，扫描速度750~800mm/s，扫描间距0.5~0.8μm。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、本发明制备工艺简单，周期短，节省大量时间和资源。
12.2、本发明采用激光粉末烧结快速成形，精度高，质量稳定，成形方法灵活，且可根据计算机等设备进行准确控制。
13.3、本发明通过合适的工艺参数设置，可获得所需的高温耐磨金属复合材料，即在合适的工艺下，加入w粉末，产生wc增强相，即在高温作用下发生原位反应：w c
→
wc，使得17-4材料具备高温耐磨性，在最后的固溶处理wc与tic反应生成碳的聚合物，防止高温下wc“失碳”。
14.4、本发明通过加入金属或合金粉末，从而使得材料具备在高温工作环境下具有耐磨性，实现材料的高温耐磨作用。
具体实施方式
15.下面结合具体的实施例对本发明的技术方案及效果做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。
16.实施例1一种利用选择性激光熔化制备tic/wc/17-4ph高温耐磨钢的方法，包括以下步骤：步骤一，粉末材料预处理（1）将17-4ph高强钢粉末在质量比为40:3:7的十二烷基苯磺酸钠、磷酸、去离子水的混合溶液中超声处理，温度35℃，时间1h，结束后冷却至室温，过滤，再将过滤后的固体加入体积比为1:49的丙酮和无水乙醇的混合溶液，室温超声清洗1h，过滤、真空干燥；（2）钨粉末过20μm筛，然后用30wt%的hf溶液清洗，去除表面氧化物，然后依次用30℃去离子水，体积比为1:49的丙酮和无水乙醇的混合溶液超声清洗，最后真空干燥；（3）tic粉末过20μm筛，然后用20wt%的硫酸溶液清洗，去除表面氧化物，然后依次
用30℃去离子水，体积比为1:49的丙酮和无水乙醇的混合溶液超声清洗，最后真空干燥；步骤二，粉末材料混合将步骤一预处理后的17-4ph高强钢粉末、钨粉末、tic粉末按照质量比为98:1:1混合均匀，加入混合粉末质量的5%的cl-24有机硅树脂胶粘剂，球磨，球磨时球料比为10:1，球磨转速240r/min，球磨总时长为9h，粉末粒径0.06μm；步骤三，激光成形（1）利用计算机进行三维建模，并对三维实体进行切片处理，并设置切片层厚度；（2）在slm的粉末缸中预置、铺设计算机切片的厚度，相应的设置激光扫描路径，并设置激光成形工艺参数，包括粉末层铺设厚度、激光功率、光斑直径、激光扫描速度以及扫描间距；本实施例激光采用连续、多模的圆柱形激光束，其能量视作均匀分布；粉末铺设层厚度为30μm，激光功率220w，激光光斑直径0.15mm，扫描速度750mm/s，扫描间距0.6μm；（3）将成形的复合材料在1040℃下进行固溶处理，然后快速冷却冷却，冷却速率为20℃/s，保留增强相固溶体成分，最后进行去应力和均匀化退火处理，温度为640℃，保温时长2h，即可获得tic/wc/17-4ph高温耐磨钢。
17.实施例2一种利用选择性激光熔化制备tic/wc/17-4ph高温耐磨钢的方法，包括以下步骤：步骤一，粉末材料预处理（1）将17-4ph高强钢粉末在质量比为40:3:7的十二烷基苯磺酸钠、磷酸、去离子水的混合溶液中超声处理，温度35℃，时间1.5h，结束后冷却至室温，过滤，再将过滤后的固体加入体积比为1:49的丙酮和无水乙醇的混合溶液，室温超声清洗1.5h，过滤、真空干燥；（2）钨粉末过20μm筛，然后用30wt%的hf溶液清洗，去除表面氧化物，然后依次用30℃去离子水，体积比为1:49的丙酮和无水乙醇的混合溶液超声清洗，最后真空干燥；（3）tic粉末过20μm筛，然后用20wt%的硫酸溶液清洗，去除表面氧化物，然后依次用30℃去离子水，体积比为1:49的丙酮和无水乙醇的混合溶液超声清洗，最后真空干燥；步骤二，粉末材料混合将步骤一预处理后的17-4ph高强钢粉末、钨粉末、tic粉末按照质量比为98:1:1混合均匀，加入混合粉末质量的8%的cl-ab有机硅树脂胶粘剂，球磨，球磨时球料比为10:1，球磨转速300r/min，球磨总时长为10h，粉末粒径0.1μm；步骤三，激光成形（1）利用计算机进行三维建模，并对三维实体进行切片处理，并设置切片层厚度；（2）在slm的粉末缸中预置、铺设计算机切片的厚度，相应的设置激光扫描路径，并设置激光成形工艺参数，包括粉末层铺设厚度、激光功率、光斑直径、激光扫描速度以及扫描间距；本实施例激光采用连续、多模的圆柱形激光束，其能量视作均匀分布；粉末铺设层厚度为40μm，激光功率280w，激光光斑直径0.15mm，扫描速度800mm/s，扫描间距0.7μm；（3）将成形的复合材料在1080℃进行固溶处理，然后快速冷却，冷却速率为22℃/s，保留增强相固溶体成分，最后进行去应力和均匀化退火处理，温度为660℃，保温时长3h，即可获得tic/wc/17-4ph高温耐磨钢。
18.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
技术领域
1.本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种tic/wc/17-4ph高温耐磨钢的激光成形方法。
背景技术：
2.17-4ph高强钢是一种由铜、铌/钶构成的沉淀硬化马氏体不锈钢，具有高强度、高硬度以及较好的焊接性能和耐腐蚀性能等一系列优点，被广泛应用于齿轮、轴类等具有一定耐腐蚀要求的高强度零部件。但是随着各零部件在工作中会发生摩擦产生大量的热，17-4ph所形成单一马氏体会发生变化，不能满足所需条件，故需要制备一种耐磨性能更强的零部件。碳化钨可提高材料的耐磨性，其作为增强相，加入的方式有高温作用下原位生成和外部加入两种，相对于传统的成形工艺，这两种方式很难实现。而采用slm技术能够快速实现零件的成形，并且通过添加钨粉末，在激光高热能作用下原位反应生成碳化钨，使碳化钨作为一种增强相，在高温作用下形成固溶体，则有效达到在高温作用下仍保持高耐磨性的使用性能效果。因此，在17-4ph高强钢中，采用该成形方法可提高零件的高温使用寿命。
技术实现要素：
3.本发明的目的是提供一种tic/wc/17-4ph高温耐磨钢的激光成形方法，该方法是一种实现高温耐磨构件激光成形的方法，用以满足零件的高温耐磨使用性能，提高使用寿命，扩大该不锈钢的应用市场，节约资源。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种tic/wc/17-4ph高温耐磨钢的激光成形方法，包括以下步骤：步骤一，粉末材料预处理（1）将17-4ph高强钢粉末在十二烷基苯磺酸钠、磷酸、去离子水的混合溶液中超声处理，温度35℃，时间1~1.5h，结束后冷却至室温，过滤，再将过滤后的固体加入丙酮和无水乙醇的混合溶液，室温超声清洗1~1.5h，过滤、真空干燥；（2）钨粉末过20μm筛，然后用30wt%的hf溶液清洗，去除表面氧化物，然后依次用30℃去离子水，丙酮和无水乙醇的混合溶液超声清洗，最后真空干燥；（3）tic粉末过20μm筛，然后用20wt%的硫酸溶液清洗，去除表面氧化物，然后依次用30℃去离子水，丙酮和无水乙醇的混合溶液超声清洗，最后真空干燥；步骤二，粉末材料混合将步骤一预处理后的17-4ph高强钢粉末、钨粉末、tic粉末混合均匀，加入含有机硅的粘结剂，球磨；步骤三，激光成形（1）利用计算机进行三维建模，并对三维实体进行切片处理，并设置切片层厚度；（2）在slm的粉末缸中预置、铺设计算机切片的厚度，相应的设置激光扫描路径，并设置激光成形工艺参数，包括粉末层铺设厚度、激光功率、光斑直径、激光扫描速度以及扫
描间距；（3）将成形的复合材料进行固溶处理，然后快速冷却，保留增强相固溶体成分，最后进行去应力和均匀化退火处理，即可获得tic/wc/17-4ph高温耐磨钢。
5.进一步，步骤一中，所述十二烷基苯磺酸钠、磷酸、去离子水的混合溶液中十二烷基苯磺酸钠、磷酸、去离子水的质量比为40:3:7。
6.进一步，步骤二中，所述预处理后的17-4ph高强钢粉末、钨粉末、tic粉末的质量比为98:1:1。
7.进一步，步骤二中，所述含有机硅的粘结剂为cl-24有机硅树脂胶粘剂或cl-ab有机硅树脂胶粘剂，所述粘结剂的用量为混合粉末质量的5%~10%。
8.进一步，步骤二中，球磨时球料比为10:1，球磨转速240~300r/min，球磨总时长为9~10h，球磨后粉末粒径0.06~0.1μm。
9.进一步，步骤三中，所述固溶处理的温度为1000~1100℃，快速冷却速率为18~22℃/s，退火处理的温度为640~660℃，退火处理的时间为2~3h。
10.进一步，步骤三中，激光采用连续、多模的圆柱形激光束，其能量视作均匀分布；粉末铺设层厚度为30~45μm，激光功率220~280w，激光光斑直径0.15mm，扫描速度750~800mm/s，扫描间距0.5~0.8μm。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、本发明制备工艺简单，周期短，节省大量时间和资源。
12.2、本发明采用激光粉末烧结快速成形，精度高，质量稳定，成形方法灵活，且可根据计算机等设备进行准确控制。
13.3、本发明通过合适的工艺参数设置，可获得所需的高温耐磨金属复合材料，即在合适的工艺下，加入w粉末，产生wc增强相，即在高温作用下发生原位反应：w c
→
wc，使得17-4材料具备高温耐磨性，在最后的固溶处理wc与tic反应生成碳的聚合物，防止高温下wc“失碳”。
14.4、本发明通过加入金属或合金粉末，从而使得材料具备在高温工作环境下具有耐磨性，实现材料的高温耐磨作用。
具体实施方式
15.下面结合具体的实施例对本发明的技术方案及效果做进一步描述，但本发明的保护范围并不限于此。
16.实施例1一种利用选择性激光熔化制备tic/wc/17-4ph高温耐磨钢的方法，包括以下步骤：步骤一，粉末材料预处理（1）将17-4ph高强钢粉末在质量比为40:3:7的十二烷基苯磺酸钠、磷酸、去离子水的混合溶液中超声处理，温度35℃，时间1h，结束后冷却至室温，过滤，再将过滤后的固体加入体积比为1:49的丙酮和无水乙醇的混合溶液，室温超声清洗1h，过滤、真空干燥；（2）钨粉末过20μm筛，然后用30wt%的hf溶液清洗，去除表面氧化物，然后依次用30℃去离子水，体积比为1:49的丙酮和无水乙醇的混合溶液超声清洗，最后真空干燥；（3）tic粉末过20μm筛，然后用20wt%的硫酸溶液清洗，去除表面氧化物，然后依次
用30℃去离子水，体积比为1:49的丙酮和无水乙醇的混合溶液超声清洗，最后真空干燥；步骤二，粉末材料混合将步骤一预处理后的17-4ph高强钢粉末、钨粉末、tic粉末按照质量比为98:1:1混合均匀，加入混合粉末质量的5%的cl-24有机硅树脂胶粘剂，球磨，球磨时球料比为10:1，球磨转速240r/min，球磨总时长为9h，粉末粒径0.06μm；步骤三，激光成形（1）利用计算机进行三维建模，并对三维实体进行切片处理，并设置切片层厚度；（2）在slm的粉末缸中预置、铺设计算机切片的厚度，相应的设置激光扫描路径，并设置激光成形工艺参数，包括粉末层铺设厚度、激光功率、光斑直径、激光扫描速度以及扫描间距；本实施例激光采用连续、多模的圆柱形激光束，其能量视作均匀分布；粉末铺设层厚度为30μm，激光功率220w，激光光斑直径0.15mm，扫描速度750mm/s，扫描间距0.6μm；（3）将成形的复合材料在1040℃下进行固溶处理，然后快速冷却冷却，冷却速率为20℃/s，保留增强相固溶体成分，最后进行去应力和均匀化退火处理，温度为640℃，保温时长2h，即可获得tic/wc/17-4ph高温耐磨钢。
17.实施例2一种利用选择性激光熔化制备tic/wc/17-4ph高温耐磨钢的方法，包括以下步骤：步骤一，粉末材料预处理（1）将17-4ph高强钢粉末在质量比为40:3:7的十二烷基苯磺酸钠、磷酸、去离子水的混合溶液中超声处理，温度35℃，时间1.5h，结束后冷却至室温，过滤，再将过滤后的固体加入体积比为1:49的丙酮和无水乙醇的混合溶液，室温超声清洗1.5h，过滤、真空干燥；（2）钨粉末过20μm筛，然后用30wt%的hf溶液清洗，去除表面氧化物，然后依次用30℃去离子水，体积比为1:49的丙酮和无水乙醇的混合溶液超声清洗，最后真空干燥；（3）tic粉末过20μm筛，然后用20wt%的硫酸溶液清洗，去除表面氧化物，然后依次用30℃去离子水，体积比为1:49的丙酮和无水乙醇的混合溶液超声清洗，最后真空干燥；步骤二，粉末材料混合将步骤一预处理后的17-4ph高强钢粉末、钨粉末、tic粉末按照质量比为98:1:1混合均匀，加入混合粉末质量的8%的cl-ab有机硅树脂胶粘剂，球磨，球磨时球料比为10:1，球磨转速300r/min，球磨总时长为10h，粉末粒径0.1μm；步骤三，激光成形（1）利用计算机进行三维建模，并对三维实体进行切片处理，并设置切片层厚度；（2）在slm的粉末缸中预置、铺设计算机切片的厚度，相应的设置激光扫描路径，并设置激光成形工艺参数，包括粉末层铺设厚度、激光功率、光斑直径、激光扫描速度以及扫描间距；本实施例激光采用连续、多模的圆柱形激光束，其能量视作均匀分布；粉末铺设层厚度为40μm，激光功率280w，激光光斑直径0.15mm，扫描速度800mm/s，扫描间距0.7μm；（3）将成形的复合材料在1080℃进行固溶处理，然后快速冷却，冷却速率为22℃/s，保留增强相固溶体成分，最后进行去应力和均匀化退火处理，温度为660℃，保温时长3h，即可获得tic/wc/17-4ph高温耐磨钢。
18.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
再多了解一些
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