[发明专利]一种增材制造技术成形高熵合金的方法

说明书

本发明涉及金属合金成形和制造技术领域，提供了一种高熵合金粉体材料体系及其增材制造方法。本发明基于粉床选择性高能束熔化成形和同轴送粉的近净成形等多种增材制造技术，通过实验确定了AlCoCuFeNi高熵合金粉体组成及其增材制造的成形工艺。本发明的有益效果为：该发明提供的高熵合金粉体及采用增材制造技术制备的合金构件具有简单的体心立方结构，高致密度，力学性能优异，同时制备过程成本低、易操作，生产效率高。采用本发明的材料与制备工艺可直接增材制造成形高熵合金零件。

技术领域

本发明涉及金属增材制造领域，特别涉及一种AlCoCuFeNi高熵合金粉体材料体系，同时提供该合金的增材制造高性能高熵合金的工艺技术方法。

背景技术

高熵合金突破了传统合金设计理念，主要包含五种或五种以上组元，且每种元素原子比在5％-35％之间。合金呈现多主元高熵效应，形成简单的固溶体结构，具有优异的综合性能，近年来成为材料科学领域的研究热点之一。目前，高熵合金主要采用真空电弧熔炼和熔铸等方法制备，然而由于上述技术冷却速度较慢容易产生成分偏析，而且不易成形复杂结构零件，不利于高熵合金一些实际应用需求。

增材制造技术是近年出现的主流金属快速成形技术。相对于传统的减材制造工艺，该技术其主要应用离散-堆积成形原理，根据3D三维模型数据利用高能量束直接对材料熔化堆积成全密度、高精度的金属零件。这种技术主要特点为零件制备时间短、对复杂结构不敏感、材料利用率高和制造成本低，对于快速制造结构拓扑个性化、成形精度要求高的高熵合金具有很大的优势。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术存在的缺陷，提供了一种AlCoCuFeNi高熵合金粉体材料，同时提供了一种增材技术制备高熵合金的方法，分别采用选择性激光熔化技术、激光近净形制造技术及电子束选区熔化技术直接成形AlCoCuFeNi系高熵合金构件，确定了合金成形工艺及相关组织性能，为高熵合金制备提供了新的成形技术。

一种增材制造技术成形高熵合金的方法，其特征在于，分别采用选择性激光熔化技术、激光近净形制造技术及电子束选区熔化技术直接成形AlCoCuFeNi系高熵合金构件，确定合金成形工艺及相关组织性能，所述高熵合金的组成为AlCoCuFeNi；上述组分的原子摩尔比为：(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1)；所选用高熵合金为气雾化预合金粉末。

预合金粉末为球形，纯度不低于99.9％。

本发明提供了上述高熵合金的选择性激光熔化技术的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、根据高熵合金名义化学成分中的各元素摩尔比进行配比，采用气雾化制得高熵预合金粉末，

步骤二、在计算机上建立零件三维模型，将所述零件模型转成STL格式文件并导入到选择性激光熔化快速成形设备中；

步骤三、将步骤(一)制得的预合金粉末置于选择性激光熔化成形设备中的供粉缸里，并将金属基板置于选择性激光熔化成形设备中的工作缸中同时对其进行调平；

步骤四、进行选择性激光熔化成形过程中，激光功率为150～250W，扫描速度为600～1200mm/s，粉层厚度为0.03～0.06mm，扫描间距为0.02～0.06mm，成形时用惰性气体保护防止粉末发生氧化。

进一步的，步骤(四)成形过程中的扫描路径为分组变向式，即奇数层时，扫描方向平行于x轴；偶数层时，扫描方向平行于y轴。分层换向对材料进行扫描，依次叠加得到成形件。

进一步的，步骤一所述预合金粉末粒径为15～75μm；步骤四中的惰性气体为高纯Ar气。

本发明还提供了一种激光近净形制造上述高熵合金的制备方法，包括如下步骤：