本發(fā)明屬于金屬材料結(jié)合，具體涉及一種基于激光近凈成形的鎳基高溫合金與不銹鋼梯度結(jié)合方法。
背景技術(shù)：
1、反應(yīng)堆作為一種特殊的能源轉(zhuǎn)換裝置，在其運行過程中，內(nèi)部環(huán)境極為惡劣且復(fù)雜。材料處于高溫、高壓、強(qiáng)輻射以及腐蝕性介質(zhì)等多重極端條件的共同作用下，這對材料的各類性能提出了前所未有的嚴(yán)苛挑戰(zhàn)。深入理解和準(zhǔn)確把握這些要求，對于確保反應(yīng)堆的安全、穩(wěn)定和高效運行至關(guān)重要。
2、鎳基高溫(gh3230)合金作為一種經(jīng)過精心設(shè)計與優(yōu)化的高性能合金材料，通過特定的合金元素配比以及精細(xì)的冶金工藝制備而成。其獨特的成分與微觀結(jié)構(gòu)使其在高溫強(qiáng)度和抗輻射性能方面展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢，在航空航天、核能等對材料性能要求極為苛刻的領(lǐng)域成為了研究與應(yīng)用的熱點。
3、316l不銹鋼是一種超低碳奧氏體不銹鋼，其化學(xué)成分主要包括鉻(cr)、鎳(ni)、鉬(mo)、錳(mn)、碳(c)、硅(si)、磷(p)、硫(s)等元素。其中，鉻元素含量通常在16％-18.5％之間，是形成不銹鋼鈍化膜的關(guān)鍵元素，能夠在材料表面形成一層致密且穩(wěn)定的氧化鉻薄膜，有效阻止外界腐蝕介質(zhì)對基體的侵蝕；鎳元素含量約為10％-14％，其主要作用是穩(wěn)定奧氏體相區(qū)，使不銹鋼在室溫下具有單一的奧氏體組織，從而賦予材料良好的韌性和可焊性；鉬元素含量一般在2％-3％左右，它能夠進(jìn)一步增強(qiáng)不銹鋼在還原性介質(zhì)中的耐腐蝕性，尤其是在含有氯離子的環(huán)境中效果顯著；碳元素含量被嚴(yán)格控制在極低水平(通常小于0.03％)，以降低材料在晶界處析出碳化物導(dǎo)致晶間腐蝕的敏感性。
4、將gh3230合金和316l不銹鋼結(jié)合，可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，滿足反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)中對不同部位的性能需求。但是，gh3230合金與316l不銹鋼在熱膨脹系數(shù)、冶金相容性等方面的均存在差異，直接結(jié)合容易產(chǎn)生熱應(yīng)力、裂紋及脆性相等問題，導(dǎo)致連接處性能下降，傳統(tǒng)焊接方法難以實現(xiàn)高質(zhì)量連接，易出現(xiàn)氣孔、夾雜等缺陷。異種材料連接時，析出相在連接區(qū)域分布不均，可能導(dǎo)致局部性能下降，同時析出相尺寸難以控制，影響材料力學(xué)性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光近凈成形的鎳基高溫合金與不銹鋼梯度結(jié)合方法，該方法通過激光近凈成形技術(shù)實現(xiàn)鎳基高溫合金與不銹鋼梯的梯度連接，優(yōu)化熱應(yīng)力分布，精確控制析出相的尺寸與分布，增強(qiáng)界面結(jié)合強(qiáng)度。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
3、一種基于激光近凈成形的鎳基高溫合金與不銹鋼梯度結(jié)合方法，包括：將gh3230高溫合金粉末和316l奧氏體不銹鋼合金粉末采用激光近凈成形工藝沉積形成gh3230-316l合金；
4、在激光近凈成形工藝中，采用同步送粉且逐層梯度調(diào)節(jié)送粉速度實現(xiàn)調(diào)控gh3230高溫合金粉末和316l奧氏體不銹鋼合金粉末的混合比例；其中，gh3230高溫合金粉末的送粉速度以初始送粉速度逐層梯度遞減方式調(diào)節(jié)，316l奧氏體不銹鋼合金粉末以初始送粉速度開始以逐層梯度遞增方式調(diào)節(jié)。
5、在激光近凈成形工藝中參數(shù)設(shè)置：激光功率為800w，掃描速度為8mm/s，熔池的冷卻速率為>103℃/s。
6、所述gh3230高溫合金粉末是指：純度＞99.9％，粒度為53～105μm，合金成分的質(zhì)量百分比為fe≤3.00％，co≤5.00％，cr-20.00-24.00％，w-13.00-15.00％，mo-1.00-3.00％，ni-余量。
7、所述316l奧氏體不銹鋼合金粉末是指：純度＞99.9％，粒度為53～105μm，合金成分的質(zhì)量百分比為mn-20.00-24.00％，s≤5.00％，c-0.05-0.15％，cr-1.00-3.00％，si-13.0-15.00％，mo≤0.10％，fe-余量。
8、所述gh3230高溫合金粉末的初始送粉速度為1.6～2r/min，其遞減步長為0.2～0.4r/min，所述316l奧氏體不銹鋼合金粉末的初始送粉速度為0r/min，其遞增步長為0.2～0.4r/min。
9、所述gh3230高溫合金粉末的遞減步長包括2個，且交替進(jìn)行調(diào)節(jié)送粉速度；所述316l奧氏體不銹鋼合金粉末的遞增步長包括2個，且交替進(jìn)行調(diào)節(jié)送粉速度。
10、本發(fā)明采用激光近凈成形(lens)技術(shù)，通過逐層梯度沉積實現(xiàn)gh3230鎳基高溫合金與316l奧氏體不銹鋼的高效連接；通過精確調(diào)控激光能量輸入(功率800w，掃描速度8mm/s)與送粉速度(gh3230逐層遞減0.2～0.4r/min，316l逐層遞增0.2～0.4r/min)，確保熔池快速冷卻(>103℃/s)，完全抑制σ相、碳化物等脆性析出相的生成。通過同步送粉與動態(tài)參數(shù)匹配，實現(xiàn)ni、cr、fe等關(guān)鍵元素的連續(xù)平滑過渡(eds驗證cr含量波動<5％)，消除界面成分突變及熱應(yīng)力集中(ebsd顯示殘余應(yīng)力<200mpa)。最終獲得的梯度連接接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)550mpa(與316l基體相當(dāng))，斷后延伸率26％，且無需退火等后處理工序，可直接成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)(如核反應(yīng)堆管道、航空發(fā)動機(jī)承力部件)。
11、本發(fā)明在高輻照、高溫高壓及腐蝕性介質(zhì)等極端環(huán)境下，展現(xiàn)出更優(yōu)的界面結(jié)合強(qiáng)度、抗疲勞性能及長期服役穩(wěn)定性，為異種材料連接提供了高效可靠的解決方案。
1.一種基于激光近凈成形的鎳基高溫合金與不銹鋼梯度結(jié)合方法，其特征在于，包括：將gh3230高溫合金粉末和316l奧氏體不銹鋼合金粉末采用激光近凈成形工藝結(jié)合為gh3230-316l合金；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光近凈成形的鎳基高溫合金與不銹鋼梯度結(jié)合方法，其特征在于，所述gh3230高溫合金粉末是指：純度＞99.9％，粒度為53～105μm，合金成分的質(zhì)量百分比為fe≤3.00％，co≤5.00％，cr-20.00-24.00％，w-13.00-15.00％，mo-1.00-3.00％，ni-余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光近凈成形的鎳基高溫合金與不銹鋼梯度結(jié)合方法，其特征在于，所述316l奧氏體不銹鋼合金粉末是指：純度＞99.9％，粒度為53～105μm，合金成分的質(zhì)量百分比為mn-20.00-24.00％，s≤5.00％，c-0.05-0.15％，cr-1.00-3.00％，si-13.0-15.00％，mo≤0.10％，fe-余量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光近凈成形的鎳基高溫合金與不銹鋼梯度結(jié)合方法，其特征在于，所述gh3230高溫合金粉末的初始送粉速度為1.6～2.0r/min，所述316l奧氏體不銹鋼合金粉末的初始送粉速度為0r/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于激光近凈成形的鎳基高溫合金與不銹鋼梯度結(jié)合方法，其特征在于，gh3230高溫合金粉末的送粉速度的遞減步長為0.2～0.4r/min；316l奧氏體不銹鋼合金粉末遞增步長0.2～0.4r/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于激光近凈成形的鎳基高溫合金與不銹鋼梯度結(jié)合方法，其特征在于，所述gh3230高溫合金粉末的遞減步長為兩個步長交替實現(xiàn)；所述316l奧氏體不銹鋼合金粉末的遞增步長為兩個步長交替實現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于激光近凈成形的鎳基高溫合金與不銹鋼梯度結(jié)合方法，其特征在于，所述gh3230高溫合金粉末的初始送粉速度為2r/min，其遞減步長為0.2r/min和0.3r/min交替，所述316l奧氏體不銹鋼合金粉末的初始送粉速度為0r/min，其遞增步長為0.2r/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的基于激光近凈成形的鎳基高溫合金與不銹鋼梯度結(jié)合方法，其特征在于，在激光近凈成形工藝中參數(shù)設(shè)置：激光功率為800w，掃描速度為8mm/s，熔池的冷卻速率為>103℃/s。