Способ изготовления металлического изделия из порошкового материала цикличным послойным лазерным синтезом



Способ изготовления металлического изделия из порошкового материала цикличным послойным лазерным синтезом
Способ изготовления металлического изделия из порошкового материала цикличным послойным лазерным синтезом

 


Владельцы патента RU 2526909:

Мингажев Аскар Джамилевич (RU)
Ганцев Рустем Халимович (RU)
Галиев Владимир Энгелевич (RU)
Кружков Вячеслав Николаевич (RU)

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению металлических изделий из порошков селективным лазерным спеканием. Наносят слой керамического порошка, проводят селективное спекание на заданных участках слоя и удаляют указанный материал из неспеченных участков. Между спеченными участками керамического слоя наносят слой порошка металла или сплава той же толщины и проводят селективное спекание на этих участках. Цикл повторяют до осуществления полного формирования изделия. При этом керамика образует при спекании оболочку формируемого изделия. После каждого спекания слоя металла или сплава проводят его расплавление и/или расплавление всего объема металла или сплава, а после полного формирования изделия и кристаллизации расплавленного металла или сплава производят удаление керамики. 15 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано для изготовления металлических изделий из порошков селективным лазерным спеканием.

Известен способ лазерного спекания изделий, при котором на поверхность порошка в зону спекания направляют спекающий лазерный луч [патент РФ №2132761, МПК B22F 3/105, В23К 26/00. УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЛАЗЕРНОГО СПЕКАНИЯ. 1999.] Кроме того, в область зоны спекания дополнительно направляют подогревающий лазерный луч, который фокусируют на более широкой, по сравнению со спекающим лучом, площади, обеспечивая тем самым уменьшение температурного градиента между зоной спекания и окружающим порошком для предотвращения коробления спеченной детали.

Известен также способ спекания изделий, включающий нанесение порошкового слоя на мишеневую поверхность, сканирование цели направленным лазерным пучком и спекание слоя оплавлением лазерным пучком в границах поперечного сечения слоя [патент РФ №2021881, МПК B22F 3/12, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. 1994] После оплавления слоя на него последовательно наносят последующие порошковые слои, сканируют цель направленным лазерным пучком для каждого последующего слоя соответственно поперечному сечению детали и каждый последующий слой оплавляют лазерным пучком для образования из слоев поперечного сечения детали. При спекании оплавлением каждого последующего слоя его соединяют с предыдущим слоем для образования детали.

К недостатку указанных способов [патенты РФ №2132761 и №2021881] можно отнести низкую прочность формируемой детали в связи с невозможностью полного проплавления материала, из-за вероятности его растекания. Другими недостатками указанных способов являются: возможность возникновения брака при перегреве детали из-за потери формы, неоднородность свойств наплавленного материала и низкая точность формирования детали из-за нечетких границ «наплавленный слой-порошок».

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ и установка для изготовления изделия из порошкового материала путем лазерного послойного синтеза [Патент РФ №2401180, МПК B22F 3/105, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАДИЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ПОРОШКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, 2010]. Способ включает следующую последовательность формирования слоев: нанесение слоя первого порошкового материала и его селективное спекание на заданных участках слоя, удаление первого порошкового материала из неспеченных участков, нанесение в пространство между спеченными участками слоя первого порошкового материала слоя второго порошкового материала той же толщины и его селективное спекание на этих участках. Установка для изготовления металлической детали из порошкового материала содержит рабочую камеру с входным окном, лазер, оптически связанный с системой сканирования и фокусировки луча, рабочий бункер с поршнем, выполненный с возможностью перемещения слоя порошка и спекаемого материала в вертикальном направлении, бункер-питатель, каретку засыпки и укладки порошка, роллер очистки, выполненный с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению движения каретки засыпки и укладки порошка. Однако известные способ и установка не позволяют получать металлические детали, обладающие высокой механической прочностью материалов.

В этой связи, задачей настоящего изобретения является разработка способа и установки для изготовления металлического изделия из порошкового материала путем лазерного послойного синтеза, обеспечивающих получение металлических деталей с высокой механической прочностью и точностью форм.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение высокой механической прочности изделий, изготавливаемых методом послойного лазерного синтеза из порошковых материалов, а также их точности при снижении трудоемкости изготовления.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления металлического изделия из порошкового материала путем цикличного лазерного послойного синтеза, включающем следующую последовательность формирования слоев за цикл: нанесение слоя первого порошкового материала и его селективное спекание на заданных участках слоя, удаление первого порошкового материала из неспеченных участков, нанесение в пространство между спеченными участками слоя первого порошкового материала слоя второго порошкового материала той же толщины и его селективное спекание на этих участках, повторение указанных циклов до осуществления полного формирования изделия, в отличие от прототипа в качестве первого порошкового материала используется керамика, образующая при спекании оболочку формируемого изделия, а в качестве второго порошкового материала используется порошок из металла или сплава формируемого изделия, причем после каждого спекания слоя металла или сплава производят его расплавление и/или расплавление всего его объема, а после полного формирования изделия и кристаллизации расплавленного металла или сплава производят удаление керамики.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления металлического изделия из порошкового материала послойный синтез осуществляют в вакууме или защитной среде, в магнитном, и/или электрическом, и/или ультразвуковом полях, при этом используют магнитное поле с индукцией до 0,2 Тл, электрическое поле напряженностью до 300 кВ/м и ультразвуковое поле с частотой 15-25 кГц, а расплавление металла или сплава производят лучом лазера, и/или электронно-лучевым методом, и/или индукционным методом.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления металлического изделия из порошкового материала, как варианты выполнения способа: после кристаллизации расплавленного металла или сплава до удаления керамики производят индукционный переплав с последующей повторной кристаллизацией; кристаллизацию расплавленного металла или сплава проводят методом направленной кристаллизации или монокристаллизации; после кристаллизации расплавленного металла или сплава проводят термообработку изделия; после повторной кристаллизации расплавленного металла или сплава проводят термообработку изделия; после кристаллизации расплавленного металла или сплава проводят его упрочняющую электроимпульсную обработку, причем электроимпульсную обработку проводят при плотности электрического тока от 10 МA/м2 до 200 МA/м2.

Технический результат достигается также тем, что в способе изготовления металлического изделия из порошкового материала используют поршень рабочего бункера со спекаемыми слоями, который после спекания слоя первого порошкового материала перемещают вверх на толщину этого слоя, производят удаление первого порошкового материала из неспеченных участков, а нанесение слоя второго порошкового материала производят после возвращения поршня в прежнее положение.

Технический результат достигается также тем, что установка для изготовления металлического изделия из порошкового материала, содержащая рабочую камеру с входным окном, лазер, оптически связанный с системой сканирования и фокусировки луча, рабочий бункер с поршнем, выполненный с возможностью перемещения слоя порошка и спекаемого материала в вертикальном направлении, бункер-питатель, каретку засыпки и укладки порошка, роллер очистки, выполненный с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению движения каретки засыпки и укладки порошка, в отличие от прототипа она содержит дополнительную рабочую камеру, также оснащенную входным окном, лазером, оптически связанным с системой сканирования и фокусировки луча, рабочим бункером с поршнем, выполненным с возможностью перемещения слоя порошка и спекаемого материала в вертикальном направлении, бункер-питателем, кареткой засыпки и укладки порошка, роллером очистки, выполненным с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению движения каретки засыпки и укладки порошка, причем, рабочая камера и дополнительная рабочая камера снабжены общим рабочим столом, в котором установлены упомянутые рабочие бункеры с поршнями, при этом общий рабочий стол выполнен с возможностью перемещения рабочих бункеров с поршнями в процессе формирования детали из рабочей камеры в дополнительную рабочую камеру и обратно.

Технический результат достигается также тем, что установка для изготовления металлического изделия из порошкового материала может быть выполнена по следующим вариантам: рабочая камера и дополнительная рабочая камера расположены внутри общей камеры, обеспечивающей их герметизацию от внешней среды и снабженной системой вакуумирования и системой напуска защитных газов; рабочие бункеры с поршнями выполнены из диэлектрических теплостойких материалов и снабжены индукторами для нагрева изготавливаемых изделий; рабочие бункеры с поршнями снабжены индукторами, а рабочая камера и/или дополнительная рабочая камера дополнительно снабжены электронно-лучевыми пушками и дополнительными лазерами; рабочая камера и/или дополнительная рабочая камера дополнительно снабжены роллером прикатки и дополнительным роллером очистки, выполненным с возможностью вертикального перемещения, а по периметру входного окна рабочей камеры установлены газоразрядные лампы с отражателями для нагрева поверхности порошка.

Сущность изобретения поясняется схемами. На фиг.1 представлена установка для изготовления металлического изделия методом лазерного послойного синтеза с последующим расплавлением металла изделия. На фиг.2 изображена схема формирования металлического изделия согласно предлагаемому способу.

Фиг.1 и 2 содержат: 1 - общая камера; 2 - рабочая камера; 3 - лазер с системой сканирования и фокусировки луча; 4 - роллер очистки и каретка засыпки и укладки порошка; 5 - перегородка между рабочей камерой и дополнительной рабочей камерой; 6 - дополнительная рабочая камера; 7 - луч лазера; 8 - бункер-питатель; 9 - слои порошка спекаемого материала; 10 - рабочий бункер с поршнем; 11 - шток; 12 - индуктор; 13 - общий рабочий стол с рабочими бункерами; 14 - механизм поворота стола; 15 - слой первого порошкового материала (керамический порошок); 16 - слой первого порошкового материала, спеченный на заданных участках слоя; 17 - неспеченные участки первого порошкового материала; 18 - пространство между спеченными участками слоя первого порошкового материала; 19 - слой второго порошкового материала; 20 - готовое изделие после кристаллизации расплавленного металла или сплава и удаления керамики (А, В, С, D, Е, F, G, Н - стадии формирования изделия).

Устройство работает следующим образом (фиг.1). На поршень рабочего бункера 10, находящегося в исходном положении, при помощи 4 - роллера очистки и каретки засыпки и укладки порошка наносится слой керамического материала I (слой первого порошкового материала, образующий при спекании оболочку формируемого изделия) и производится его спекание лучом лазера 7 на всей рабочей поверхности для образования основания для формирования изделия 20. Затем производится повторное нанесение керамического материала I и его селективное спекание лучом лазера 7 с последующим удалением с поверхности 9 слоя неспеченной части порошка 17 керамического материала I при помощи роллера очистки 4 с образованием пространства между спеченными участками слоя керамического материала I (фиг.1 и фиг.2 А, В, С). Затем после поворота общего рабочего стола 13 и перемещением формируемого изделия из рабочей камеры 2 в дополнительную рабочую камеру 6 с помощью каретки засыпки и укладки порошка 4 в пространство между спеченными участками слоя керамического материала I производят нанесение, слоя второго порошкового материала (металла или сплава II) той же толщины и его селективное спекание на этих участках (фиг.2D). (При этом одновременно другое формируемое изделие перемещается из дополнительной рабочей камеры 6 в рабочую камеру 2, где на него наносится и селективно спекается керамический материал I.) Циклы поочередного нанесения и спекания керамики 15 и металла 19 повторяют до осуществления полного формирования изделия (фиг.2 E, F, G). При этом перед нанесением слоя порошка II (металла) поршень рабочего бункера 10 поднимается на высоту спекаемого слоя и с помощью роллера очистки 4, движущегося перпендикулярно движению каретки укладки порошка, и производится удаление предыдущего слоя материала I (неспеченных участков керамики 17). Каретка засыпки порошка 4 периодически пополняется порошком из бункеров питателей 8. В дополнительной рабочей камере 6 поршень рабочего бункера 10 опускают на высоту спекаемого слоя и наносят с помощью каретки 4 слой порошка. Укладка порошка производится двумя ножами каретки 4. На обратном ходу каретки 4 слой уплотняется роллером прикатки 4. Затем проводится селективное спекание слоя из порошка II. После окончания формирования изделия 20 производят полное расплавление металла (материала II) и его кристаллизацию по одному из следующих вариантов: поликристаллизации, направленной (моно)кристаллизации. При необходимости придания более высокой механической прочности проводят термообработку и/или упрочняющую обработку изделия. После окончания формирования изделия одним из известных способов, например травлением в кислотах, производят удаление керамического материала и получают готовое изделие (фиг.2Н).

Для оценки механической прочности изделий, изготавливаемых методом послойного лазерного синтеза из порошковых материалов, а также их точности при снижении трудоемкости изготовления были проведены следующие исследования свойств изделий, полученных по прототипу и по предложенному техническому решению. Указанными методами были получены образцы из порошков высоколегированных сталей и сплавов на никелевой основе и проведены сравнения их механической прочности.

Режимы обработки образцов по предлагаемому способу.

Методом цикличного лазерного послойного синтеза были получены образцы из порошковых материалов на основе высоколегированных сталей и сплавов на никелевой основе. Первый порошковый материал: керамика на основе окиси алюминия и керамика на основе окиси циркония. Второй порошковый материал: первый вариант - сплав состава, в вес.%: Сr - от 10,0 до 18,0%, Мо - от 0,8 до 3,7%, Fe - остальное; второй вариант - сплав состава, в вес.%: Сr - от 18% до 34%; Аl - от 3% до 16%; Y - от 0, 2% до 0,7%; Ni - остальное; третий вариант сплав состава, в вес.%: Сr - от 18% до 34%; Аl - от 3% до 16%; Y - от 0, 2% до 0,7%; Со - от 16% до 30%; Ni - остальное; четвертый вариант - никелевый порошок. Использовали порошок с размерами частиц порошка от 25 мкм до 100 мкм. Производилось нанесение слоя первого порошкового материала толщиной 300 мкм и его селективное спекание на заданных участках слоя, обеспечивающих формирование заданных образцов. Подача порошка на рабочую плоскость бункеров с поршнями с последующим выглаживанием слоя порошка и удалением его избытка производилась вращающимся роликом. После нанесения первого слоя лишний, неспеченный порошок удаляли. Далее в пространство между спеченными участками слоя первого порошкового материала наносили слой второго порошкового материала той же толщины и проводили его селективное спекание на этих участках. Количество указанных циклов повторяли до осуществления полного формирования образца. Расплавление спеченного сплава проводили по следующим вариантам: после каждого спекания слоя металла или сплава; расплавление всего его объема металла или сплава; после полного формирования изделия и кристаллизации расплавленного металла или сплава удаляли керамику.

Послойный синтез (использовался лазер модели ЛС-03 мощностью до 300 Вт, скорость перемещения лазерного луча - до 150 мм/с) осуществляли по следующим вариантам: в вакууме (до P=3×10-2 Па); в защитной среде (аргоне Р=1,0×105 Па); в магнитном поле; в электрическом поле; в ультразвуковом поле; в магнитном и электрическом поле; в магнитном и ультразвуковом поле; в электрическом и ультразвуковом поле; в магнитном электрическом и ультразвуковом поле. При этом использовались поля со следующими параметрами: магнитное поле с индукцией до 0,2 Тл, электрическое поле напряженностью до 300 кВ/м и ультразвуковое поле с частотой 15-25 кГц. Выход за пределы указанных параметров приводил к снижению эффекта воздействия указанных полей на формируемый материал образцов.

Расплавление металла или сплава проводили следующими способами: лучом лазера; электронно-лучевым методом; индукционным методом; совместно лучом лазера и электронно-лучевым методом; совместно лучом лазера и индукционным методом; совместно электронно-лучевым и индукционным методом; совместно лучом лазера, электронно-лучевым и индукционным методом.

Был проведен также индукционный переплав (до удаления керамики) с последующей повторной кристаллизацией, который осуществлялся после первой кристаллизации расплавленного металла или сплава.

Кристаллизацию расплавленного металла или сплава проводили методами направленной кристаллизации и направленной монокристаллизации.

После всех видов кристаллизации расплавленного металла или сплава проводили термообработку изделия, обеспечивающую повышение механических свойств металлов или сплавов (например, режимы термической обработки сплавов на никелевой основе: гомогенизация структуры и растворение включений при 770-780°С с ускоренным охлаждением; двухступенчатое старение: 8 часов при температуре 720°С, медленное охлаждение в течение 2 часов до 620-650°С и выдержка в течение 8 часов; ускоренное охлаждение).

Для дополнительного упрочнения материала образцов после кристаллизации расплавленного металла или сплава проводилась его упрочняющая электроимпульсная обработка, причем электроимпульсная обработка при плотности электрического тока от 10 МA/м2 до 200 МA/м2.

Плотность электрического тока процесса электроимпульсной обработки 8 МA/м2 - Н.Р. (Неудовлетворительный Результат.); 10 МА/м2 - У.Р. (Удовлетворительный Результат); 30 МА/м2 (У.Р.); 60 МА/м2(У.Р.); 100 МА/м2(У.Р.); 140 МА/м2(У.Р.); 200 МА/м2(У.Р.); 210 МА/м2(Н.Р.).

Применение упрочняющей электроимпульсной обработки позволяет значительно повысить эксплуатационные свойства изготавливаемых изделий. Воздействие мощных импульсов электрического поля на дефектную структуру металла или сплава приводит к дополнительному локальному тепловому воздействию, особенно интенсивно проявляющемуся в области его структурных дефектов. Это приводит к значительной интенсификации процессов восстановления структуры материала в областях с повышенной плотностью дефектов, которые протекают без перегрева основной массы металла обрабатываемой детали. Кроме того, дополнительным преимуществом от использования импульсов электрического поля является эффект упрочнения [Зуев Л.Б., Соснин О.В., Подборонников С.Ф. и др.//ЖТФ. 2000. Т.70. Вып.3. С.24-26.]. Наличие же значительных структурных дефектов материала, позволяет указанному эффекту наиболее сильно проявиться именно в дефектной зоне обрабатываемого материала. Для осуществления послойного лазерного синтеза материалов использовали поршень рабочего бункера со спекаемыми слоями, который, после спекания слоя первого порошкового материала перемещали вверх на толщину этого слоя, удаляли порошковый материал из неспеченных участков, а нанесение слоя второго порошкового материала производили после возвращения поршня в прежнее положение.

Проведенные исследования показали на повышение прочности никеля и сплавов на основе никеля на 30-50% от прочности образцов, полученных по известному способу, а образцов, изготовленных из легированной стали, - на 25-40%. Точность изготовления изделия по заявляемому способу в 2..4 раза выше точности изделия, изготовленного по прототипу, что объясняется, в частности, наличием формы высокой точности, в которой происходит плавление и кристаллизация металла изготавливаемого изделия. Снижение трудоемкости изготовления по предлагаемому техническому решению значительно снижается из-за отсутствия стадии изготовления модели изделия, затем формы для литья, изготовленной по полученной модели (например, по методу литья по выплавляемым или выжигаемым моделям), а включает лишь две стадии: спекание материала изделия и его отливку.

Таким образом, использование в предлагаемом способе изготовления металлического изделия из порошкового материала путем цикличного лазерного послойного синтеза, следующих признаков: последовательность формирования слоев за цикл: нанесение слоя первого порошкового материала и его селективное спекание на заданных участках слоя; удаление первого порошкового материала из неспеченных участков; нанесение, в пространство между спеченными участками слоя первого порошкового материала, слоя второго порошкового материала той же толщины и его селективное спекание на этих участках; повторение указанных циклов до осуществления полного формирования изделия; в качестве первого порошкового материала используется керамика, образующая при спекании оболочку формируемого изделия; в качестве второго порошкового материала используется порошок из металла или сплава формируемого изделия; после каждого спекания слоя металла или сплава производят его расплавление и/или расплавление всего его объема; после полного формирования изделия и кристаллизации расплавленного металла или сплава производят удаление керамики; послойный синтез осуществляют в вакууме или защитной среде, в магнитном, и/или электрическом, и/или ультразвуковом полях; используют магнитное поле с индукцией до 0,2 Тл; электрическое поле напряженностью до 300 кВ/м; ультразвуковое поле с частотой 15-25 кГц; расплавление металла или сплава производят лучом лазера, и/или электронно-лучевым методом, и/или индукционным методом; после кристаллизации расплавленного металла или сплава, до удаления керамики производят индукционный переплав с последующей повторной кристаллизацией; кристаллизацию расплавленного металла или сплава проводят методом направленной кристаллизации или монокристаллизации; после кристаллизации расплавленного металла или сплава проводят термообработку изделия; после повторной кристаллизации расплавленного металла или сплава проводят термообработку изделия; после кристаллизации расплавленного металла или сплава проводят его упрочняющую электроимпульсную обработку; электроимпульсную обработку проводят при плотности электрического тока от 10 МА/м2 до 200 МА/м2; используют поршень рабочего бункера со спекаемыми слоями, который, после спекания слоя первого порошкового материала перемещают вверх на толщину этого слоя, производят удаление первого порошкового материала из неспеченных участков, а нанесение слоя второго порошкового материала производят после возвращения поршня в прежнее положение;

а в предлагаемой установке для изготовления металлического изделия из порошкового материала использование следующих признаков: установка для изготовления металлического изделия из порошкового материала, содержащая рабочую камеру с входным окном; лазер, оптически связанный с системой сканирования и фокусировки луча; рабочий бункер с поршнем, выполненный с возможностью перемещения слоя порошка и спекаемого материала в вертикальном направлении; бункер-питатель; каретку засыпки и укладки порошка с роллером очистки, выполненным с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению движения каретки засыпки и укладки порошка; дополнительную рабочую камеру, также оснащенную входным окном, лазером, оптически связанным с системой сканирования и фокусировки луча, рабочим бункером с поршнем, выполненный с возможностью перемещения слоя порошка и спекаемого материала в вертикальном направлении, бункер-питателем, кареткой засыпки и укладки порошка, роллером очистки, выполненным с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном направлению движения каретки засыпки и укладки порошка; рабочая камера и дополнительная рабочая камера снабжены общим рабочим столом в котором установлены упомянутые рабочие бункеры с поршнями, при этом общий рабочий стол выполнен с возможностью перемещения рабочих бункеров с поршнями в процессе формирования детали из рабочей камеры в дополнительную рабочую камеру и обратно; рабочая камера и дополнительная рабочая камера расположены внутри общей камеры, обеспечивающей их герметизацию от внешней среды и снабженную системой вакуумирования и системой напуска защитных газов; рабочие бункеры с поршнями выполнены из диэлектрических теплостойких материалов и снабжены индукторами для нагрева изготавливаемых изделий; рабочие бункеры с поршнями снабжены индукторами; рабочая камера и/или дополнительная рабочая камера дополнительно снабжены электронно-лучевыми пушками и дополнительными лазерами; рабочая камера и/или дополнительная рабочая камера дополнительно снабжены роллером прикатки и дополнительным роллером очистки, выполненным с возможностью вертикального перемещения; по периметру входного окна рабочей камеры установлены газоразрядные лампы с отражателями для нагрева поверхности порошка, позволяют достичь технического результата заявляемого изобретения, которым является обеспечение высокой механической прочности изделий, изготавливаемых методом послойного лазерного синтеза из порошковых материалов, а также их точности при снижении трудоемкости изготовления.

1. Способ изготовления металлического изделия из порошкового материала цикличным лазерным послойным синтезом, включающий формирование слоев за цикл путем нанесения слоя первого порошкового материала и его селективное спекание на заданных участках слоя, удаление первого порошкового материала из неспеченных участков, нанесение между спеченными участками слоя первого порошкового материала слоя второго порошкового материала той же толщины и его селективное спекание на этих участках, повторение циклов до полного формирования изделия, отличающийся тем, что в качестве первого порошкового материала используют керамику, образующую при спекании оболочку формируемого изделия, а в качестве второго порошкового материала используют порошок металла или сплава, причем после каждого спекания слоя металла или сплава производят его расплавление и/или расплавление всего объема металла или сплава, а после полного формирования изделия и кристаллизации расплавленного металла или сплава производят удаление керамики.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что послойный синтез осуществляют в вакууме или защитной среде, и/или в магнитном, и/или электрическом, и/или ультразвуковом полях.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплавление металла или сплава производят лучом лазера и/или электронно-лучевым методом, и/или индукционным методом.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют магнитное поле с индукцией до 0,2 Тл, электрическое поле напряженностью до 300 кВ/м и ультразвуковое поле с частотой 15-25 кГц.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что расплавление металла или сплава производят лучом лазера, и/или электронно-лучевым методом, и/или индукционным методом.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что после кристаллизации расплавленного металла или сплава до удаления керамики производят индукционный переплав с последующей повторной кристаллизацией.

7. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что кристаллизацию расплавленного металла или сплава проводят методом направленной кристаллизации или монокристаллизации.

8. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что после кристаллизации расплавленного металла или сплава проводят термообработку изделия.

9. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что после кристаллизации расплавленного металла или сплава проводят его упрочняющую электроимпульсную обработку, причем электроимпульсную обработку проводят при плотности электрического тока от 10 МА/м2 до 200 МА/м2.

10. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что используют поршень рабочего бункера со спекаемыми слоями, который после спекания слоя первого порошкового материала перемещают вверх на толщину этого слоя, производят удаление первого порошкового материала из неспеченных участков, а нанесение слоя второго порошкового материала производят после возвращения поршня в прежнее положение.

11. Способ по п.6, отличающийся тем, что после индукционного переплава повторную кристаллизацию расплавленного металла или сплава проводят методом направленной кристаллизации или монокристаллизации.

12. Способ по п.6, отличающийся тем, что после повторной кристаллизации расплавленного металла или сплава проводят термообработку изделия.

13. Способ по п.7, отличающийся тем, что после кристаллизации расплавленного металла или сплава проводят термообработку изделия.

14. Способ по п.8, отличающийся тем, что после термообработки изделия проводят его упрочняющую электроимпульсную обработку, причем электроимпульсную обработку проводят при плотности электрического тока от 10 МА/м2 до 200 МА/м2.

15. Способ по п.11, отличающийся тем, что после повторной кристаллизации расплавленного металла или сплава проводят термообработку изделия.

16. Способ по любому из пп. 12, 13 и 15, отличающийся тем, что после термообработки изделия проводят его упрочняющую электроимпульсную обработку, причем электроимпульсную обработку проводят при плотности электрического тока от 10 МА/м2 до 200 МА/м2.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению объемных изделий путем послойного лазерного синтеза. Может использоваться для производства деталей сложных форм из мелкодисперсных порошков в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к обработке поверхности металлов. Способ получения коррозионно-стойкого покрытия на поверхности нелегированной стали включает подготовку порошка в виде нанокомпозитных частиц Fe-Ni, содержащих 3-10 мас.% никеля, и послойное нанесение его на поверхность нелегированной стали с лазерным спеканием.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу послойного получения трехмерных объектов из порошкового материала путем облучения высокоэнергетическим пучком.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к нанесению покрытий из порошковых материалов посредством послойного лазерного спекания. Может использоваться для упрочнения изношенных рабочих поверхностей стальных изделий, например участков вала, расположенных в зонах подшипников.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу послойного изготовления трехмерных объектов из порошкового материала. Порошковый материал отверждают посредством его облучения высокоэнергетическим электронным лучом, при этом осуществляют регулирование количества ионов, присутствующих в непосредственной близости от того положения, где электронный луч облучает порошковый материал.

Изобретение представляет собой стереолитографическую машину. Последняя содержит емкость (3), приспособленную для содержания текучего вещества и содержащую прозрачное дно (3a), опорную пластину (2), снабженную отверстием (2а) и предназначенную для размещения емкости (3) так, что прозрачное дно (3a) обращено к отверстию (2a), источник (4) излучения, размещенный под опорной пластиной (2) и приспособленный для подачи пучка излучения к прозрачному дну (3a) через отверстие (2a), а также блок (5) управления температурой, приспособленный для поддержания опорной пластины (2) при заданной температуре.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения изделий из порошков лазерным плавлением. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения изделий из порошков путем послойного лазерного спекания. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения изделий из порошков путем послойного лазерного спекания. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии лазерного послойного синтеза деталей, и может применяться в разных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к изготовлению решетки для селективного пропускания электромагнитного излучения, в частности рентгеновского излучения. Решетка содержит конструктивный элемент со стенками, содержащими множество частиц, содержащих первый поглощающий излучение материал. Частицы спечены вместе с образованием между соседними частицами пор. Указанные поры, по меньшей мере, частично заполнены вторым твердым материалом, содержащим поглощающий излучение материал. Заполнение пор осуществляют введением в них второго материала в жидком, предпочтительно расплавленном виде. Повышается механическая стабильность решетки и повышаются ее свойства к поглощению излучения. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению объемных порошковых изделий путем лазерного селективного спекания. Наносят слои из различных порошковых материалов и осуществляют селективное спекание или плавление заданной области каждого слоя. Селективное лазерное спекание или плавление осуществляют синхронным сканированием поверхности порошкового слоя лазерным источником с малым пятном фокусировки и несколькими иными источниками концентрированного потока энергии с пятнами облучения большего размера. Лазером сканируют поверхность в пределах пятен облучения иных источников. Устройство содержит рабочую камеру, лазер, оптически связанный с телескопом и системой сканирования и фокусировки луча, в виде гальваносканера с объективом, рабочий бункер с поршнем, перемещающим слой порошка и изделие в вертикальном направлении, бункер-питатель, каретку засыпки и укладки порошка. На кардановых подвесах размещены два сканирующих источника электронного пучка или ламповые источники нагрева, или источники СВЧ-излучения таким образом, что область сканирования лазерного излучения совмещена с областями воздействия на поверхность электронных пучков. Обеспечивается повышение качества изделия и кпд процесса спекания. 4 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Устройство для получения изделий послойным лазерным спеканием порошков содержит емкости для размещения порошка и для излишков порошка, размещенный между ними модуль формирования изделия, включающий стол с приводом его вертикального перемещения, средство для подачи порошка на стол из емкости для его размещения и сброса порошка в емкость для излишков порошка, оптическую лазерную систему спекания порошка, установленные над столом сопла для подачи на слой порошка воздуха или инертного газа и установленный под столом с возможностью соединения с вакуумной системой газозаборник. Стол выполнен газопроницаемым и оснащен закрепленной на его верхней плоскости огнеупорной газопроницаемой плитой, предназначенной для размещения на ее поверхности и спекания слоя порошка. Обеспечивается повышение качества получаемых изделий. 1 ил.

Изобретение относится к изготовлению металлических изделий из порошков послойным селективным лазерным спеканием. Способ включает образование оболочки для формируемого изделия путем нанесения слоя из первого порошкового материала и его спекание по всей рабочей поверхности. Нанесение слоя из второго порошкового материала и его последующее селективное спекание повторяют до полного формирования изделия. В качестве второго порошкового материала используют порошок металла или сплава и после каждого спекания слоя порошка металла или сплава производят его расплавление с образованием слоя толщиной от 10 до 300 мкм. После полного формирования изделия производят газостатическое прессование слоев, затем индукционный переплав с кристаллизацией всего объема нанесенных слоев и удаляют оболочку. Предложена также установка для изготовления металлического изделия данным способом. Установка для изготовления металлического изделия из порошкового материала. Обеспечивается повышение механической прочности изделий. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к катодным материалам на основе нанокристаллических частиц Fe-Ni. Катод для электрохимического получения водорода выполнен в виде стальной подложки с нанесенным на ее поверхность нанокомпозитным покрытием железо-никель. Покрытие железо-никель с содержанием Ni 3-10 мас.% выполнено толщиной 0,5-0,9 мм и со средним размером зерна, составляющим до 40 нм. Способ изготовления катода для электрохимического получения водорода характеризуетсяя тем, что подготавливают и послойно наносят на стальную подложку механоактивированную порошковую нанокомпозицию железо-никель с содержанием никеля 3-10 мас.% и проводят послойное лазерное спекание. Лазерное спекание осуществляют в вакууме оптоволоконным импульсным иттербиевым лазером при частоте генерации импульсов 20000-100000 Гц и времени действия импульса 100 нс. Полученный катод характеризуется пониженным перенапряжением водорода. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к способу изготовления трехмерного тела посредством последовательного предоставления слоев порошка и сплавления выбранных зон упомянутых слоев, соответствующих последовательным поперечным сечениям трехмерного тела. Для по меньшей мере одного из слоев выполняют наложение по меньшей мере одного слоя порошка на рабочую зону и сплавление выбранной зоны по меньшей мере одного слоя порошка посредством подачи энергии с облучающей пушки на выбранную зону. При этом устанавливают заданную траекторию луча для сплавления выбранной зоны по меньшей мере одного слоя порошка, вычисляют температуру в по меньшей мере одном слое порошка вдоль заданной траектории луча как функции воздействия удельной энергии воображаемого луча, перемещающегося вдоль заданной траектории луча, регулируют воздействие удельной энергии воображаемого луча вдоль заданной траектории луча в зависимости от вычисленной температуры и условий, установленных для этапа сплавления выбранной зоны, и предоставляют на основании вычислений и регулировок рабочую схему воздействия удельной энергии реального луча, предназначенную для использования на заданной траектории луча при сплавлении выбранной зоны указанного по меньшей мере одного слоя. Обеспечивается возможность управления температурой, а также ускорение изготовления трехмерного тела. 9 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 пр.

Изобретение относится к технологии послойного изготовления изделий из металлических порошков. Сопло электродугового сварочного плазматрона формируют лазерным сфокусированным послойным спеканием медного порошка, который подают из бункера-дозатора предварительно подогретым до температуры 150°C. Во время проведения послойного спекания медного порошка температуру в бункере-дозаторе поддерживают постоянной. После спекания каждого слоя производят очистку поверхности формируемого сопла сфокусированным лазерным лучом с мощностью, составляющей 25% от рабочей мощности лазерного луча при спекании. Обеспечивается изготовление высокоточных деталей сложной формы с требуемой прочностью. 2 ил.

Изобретение относится к способу изготовления изделий сложной формы из порошковых систем и может найти применение в разных отраслях машиностроения, например, для изготовления сопел, завихрителей, вставок и других элементов ракетных двигателей и турбин. Осуществляют послойно-селективную лазерную обработку до расплавления порошка на глубину слоя в три этапа. Вначале на каждом нанесенном слое обработку проводят по внешнему контуру изготавливаемого сечения и по его внутренним границам. Образованное внутреннее сечение обрабатывают программно-регламентированным сканированием лазерного луча. После этого проводят прецизионную повторную обработку внешнего контура и внутренних границ изготавливаемого сечения. Траекторию сканирования лазерного луча на каждом последующем слое изменяют на 45° по часовой стрелке относительно направления сканирующего луча на предыдущем слое. Подготовку порошка осуществляют до дисперсности не более толщины наносимого единичного слоя. После образования запрограммированной формы изделия дополнительно проводят его вакуумную термообработку при температуре ниже температуры рекристаллизации материала основы порошковой системы в течение 2-3 часов. Технический результат изобретения заключается в получении высоких механических характеристик изготавливаемых изделий сложной формы и расширении областей их применения, а также в получении технологически регламентируемых наноструктурных объектов любой сложной конфигурации, работающих длительное время в агрессивных средах при повышенных температурах. 3 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Заготовки из порошковой быстрорежущей стали, полученной электроэрозионным диспергированием отходов быстрорежущей стали марки Р6М5 в дистиллированной воде, получают путем горячего прессования порошка с пропусканием высокоамперного тока в вакууме в течение 2,9…3,1 минут при температуре 895…905°С. Обеспечивается снижение пористости и повышение микротвердости заготовок из порошковой быстрорежущей стали. 3 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу изготовления трехмерного изделия. Способ изготовления трехмерного изделия (11) из жаропрочного сплава на основе никеля, кобальта или железа (12) характеризуется тем, что осуществляют последовательное нанесение на пластину-подложку порошка или суспензии порошка сплава на основе никеля, кобальта или железа и наращивание изделия аддитивным процессом с получением изделия (11) с анизотропией свойств. Затем проводят термическую обработку полученного изделия (11), обеспечивающую перекристаллизацию и/или укрупнение зерен для снижения анизотропии свойств изготавливаемого изделия. Изготавливают трехмерное изделие аддитивным способом без анизотропии свойств. 16 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх