3D打印高性能高温合金材料研发

需求的背景和应用场景

随着航空航天、能源、汽车等高端制造业的快速发展，对高性能高温合金材料的需求日益增长。特别是在极端温度环境下工作的部件，如航空发动机叶片、燃气轮机热端部件等，要求材料不仅具备优异的高温强度、抗氧化性和蠕变性能，还要能够实现复杂结构的精确制造。当前，市场上虽有多种高温合金材料，但在粉末制备、打印匹配性及后处理工艺方面仍存在诸多挑战，难以满足高精度、高性能的制造需求。因此，研发3D打印高性能高温合金材料，旨在解决现有材料在制备、打印及后处理过程中的技术瓶颈，满足高端制造业对复杂结构、高性能材料的需求，推动产业升级和技术进步。

要解决的关键技术问题

1. 粉末制备难题：研发高效、稳定的粉末制备技术，确保高温合金粉末的粒度分布均匀、纯净度高，为3D打印提供高质量的原材料。需探索适合GH5188和GH3230合金特性的粉末制备工艺，如气雾化、等离子旋转电极法等，并优化工艺参数以获得最佳粉末性能。
2. 材料与打印机的匹配问题：针对高温合金材料的特殊性质，优化3D打印设备的参数设置，包括激光功率、扫描速度、层厚等，以确保打印过程中材料的良好熔化和凝固，减少缺陷产生，提高打印件的致密度和力学性能。
3. 制粉后处理工艺：开发适用于高温合金粉末的后处理工艺，如热处理、表面处理等，以进一步提升打印件的耐高温、抗氧化和抗蠕变性能。特别是对于GH5188和GH3230合金，需确保其能在1000℃以上的工作环境中稳定工作，同时满足特定的强度要求和抗氧化性能。

效果要求

1. 技术指标达成：研发的GH5188和GH3230高温合金材料需严格满足关键技术指标要求，即在1000℃以上的工作环境中具备耐高温工作性能，GH5188在980℃以下满足高强度要求，1100℃以下满足抗氧化性能；GH3230需较现有GH3536有显著提升，与GH5188在抗氧化性和蠕变性能上相当，且合金的组织稳定性及材料成本优于GH5188。
2. 打印质量提升：通过优化粉末制备、打印匹配及后处理工艺，显著提高3D打印高温合金部件的致密度、力学性能和表面质量，减少内部缺陷和裂纹，提高打印成功率和部件的使用寿命。
3. 创新性与竞争优势：该技术需求的实施将推动高温合金材料与3D打印技术的深度融合，形成具有自主知识产权的高性能高温合金3D打印技术体系，提升我国在高端制造业领域的核心竞争力，为航空航天、能源等关键领域提供强有力的材料支撑。同时，通过联合攻关的合作方式，促进产学研用深度融合，加速科技成果的转化应用。