[发明专利]用于3D打印的高熵合金粉末及应用其制备高熵合金涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于涂层制备技术领域，具体涉及一种用于3D打印的高熵合金粉末并制备高熵合金涂层的方法。

背景技术

高熵合金因具有较高的熵值和原子不易扩散的特性，容易获得热稳定性高的固溶体相和纳米结构，甚至非晶结构，其性能优于传统合金。多组元高熵合金是一个新发展起来的合金体系，具有很高的学术研究价值和巨大的工业发展潜力。同样地，高熵合金涂层也具有良好的抗高温氧化以及耐腐蚀性能，是一种潜在的高性能涂层体系，可用于一些比较苛刻的环境下服役。

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种3D打印技术打印而成的零部件。3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。对于高熵合金粉末用于3D打印的报道还鲜有见到。

发明内容

本发明的目的是为了改善现有用于3D打印粉末材料的耐磨损性能，而提供用于3D打印的高熵合金粉末及应用其制备高熵合金涂层的方法。

本发明用于3D打印的高熵合金粉末按原子百分含量由Ni：16％～25％、Co：16％～25％、Cr：16％～25％、Ti：16％～25％和V：16％～25％组成。

本发明应用高熵合金粉末制备高熵合金涂层的方法按以下步骤实现：

一、按原子百分含量为16％～25％的Ni、16％～25％的Co、16％～25％的Cr、16％～25％的Ti和16％～25％的V称取Ni粉、Co粉、Cr粉、Ti粉和V粉作为原料，然后将原料置于球磨机中进行球磨处理，得到混合粉末；

二、使用砂纸将基体的表面打磨光滑，然后使用无水乙醇和丙酮依次清洗打磨后的基体，喷砂粗化得到粗化后的基体；

三、将步骤一得到的混合粉末置于3D打印设备的送粉器中，采用激光选择性烧结法，控制激光输出功率P＝500～700W，光斑直径D＝4～6mm，在粗化后的基体表面得到高熵合金涂层。

本发明通过向高熵合金中添加Ti和V元素，来改善高熵合金的性能，并科学优化Ni、Co、Cr、Ti和V元素的配比。相比于现用于高熵合金的制备方法，本发明所采用的激光选择性烧结具有高的加热和冷却速率，对基体的热影响小，涂层晶粒细小且在基体中分布均匀，涂层与基体为冶金结合，结合强度高，涂层厚度最高可达到5～8毫米。

本发明采用激光选择性烧结来制备NiCoCrTiV涂层，元素烧损率小，得到的高熵合金涂层具有高硬度、高强度、耐磨损、耐腐蚀等性能，耐磨损性能好于45号钢。同时工艺重复性以及可操作性大大提高，此高熵合金涂层在3D打印领域中能得到广泛使用。

附图说明

图1为实施例一制备得到的NiCoCrTiV高熵合金涂层的表面形貌图；

图2为实施例一制备得到的NiCoCrTiV高熵合金涂层经摩擦磨损后的形貌图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式用于3D打印的高熵合金粉末按原子百分含量由Ni：16％～25％、Co：16％～25％、Cr：16％～25％、Ti：16％～25％和V：16％～25％组成。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是用于3D打印的高熵合金粉末按原子百分含量由Ni：18％～22％、Co：18％～22％、Cr：18％～22％、Ti：18％～22％和V：18％～22％组成。

具体实施方式三：本实施方式应用高熵合金粉末制备高熵合金涂层的方法按以下步骤实现：

一、按原子百分含量为16％～25％的Ni、16％～25％的Co、16％～25％的Cr、16％～25％的Ti和16％～25％的V称取Ni粉、Co粉、Cr粉、Ti粉和V粉作为原料，然后将原料置于球磨机中进行球磨处理，得到混合粉末；

二、使用砂纸将基体的表面打磨光滑，然后使用无水乙醇和丙酮依次清洗打磨后的基体，喷砂粗化得到粗化后的基体；

三、将步骤一得到的混合粉末置于3D打印设备的送粉器中，采用激光选择性烧结法，控制激光输出功率P＝500～700W，光斑直径D＝4～6mm，在粗化后的基体表面得到高熵合金涂层。