[发明专利]一种低氮含量的高熵合金粉末及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种低氮含量的高熵合金粉末及其制备方法与应用，属于增材制造领域。制备方法包括：对高熵合金原材料中提供第一元素组的元素的材料进行第一次熔炼和第一次精炼，再加入提供第二元素组的元素的材料进行第二次精炼和第三次精炼，然后浇注雾化。第一元素组包括Ta、Co、W、Mo、Fe、Ni、Cr、Cu、Ce、Re和Nb中的至少两种。第二元素组包括Ti、B、Zr、Mn和Al中的至少一种。上述方法操作简便，易于实现，具有良好的脱氮效果。由此得到的高熵合金粉末具有较低的N含量。将其用于3D打印，有利于提高成型部件的力学性能和产品质量。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，且特别涉及一种低氮含量的高熵合金粉末及其制备方法与应用。

背景技术

3D打印(增材制造)技术，目前已经成为全球最受关注的新兴技术之一，其专用材料尤其是高性能金属构件激光直接制造用特种粉体材料，发展前景巨好。在3D打印快速成型方面，研发和生产通用性更强的材料是技术提升的关键。

目前，高熵合金突破了以1种或2种金属元素为主的传统合金的发展框架，是一种新的合金设计理念。一般可以被定义为由五个或五个以上的元素组元按照等原子比或接近于等原子比合金化，其混合熵高于合金的熔化熵，一般形成高熵固溶体相的一类合金。高熵合金具有许多有别于传统合金的组织和性能特点，通常含有多种主要元素，其中每种主元均具有较高摩尔分数，但不超过35％，因此，这种合金是由没有一种元素含量能占有50％以上，多种元素共同表现特色，摆脱了传统合金以一种金属元素为主的观念。

但高熵合金中一般都含有强氮化物形成元素，如Nb、Ti、Al和V等；此外，Cr作为一种常用的合金化元素，其原材料中往往含有大量的N，同时也是一种强氮化物形成元素。所以，在上述元素含量较高的高熵合金熔炼过程中，若不严格控制N的含量，雾化时就会带入到合金液中，最终导致粉末N含量超标，大大降低粉末的质量，对合金性能造成不良影响。

当高熵合金中的N元素含量较高时，很容易形成氮化物，这些氮化物夹杂数量过多时，就会在合金服役过程中形成裂纹源，进一步成为裂纹产生和扩展的通道，从而对高熵合金的疲劳和蠕变等核心力学性能产生显著的不利影响。对于3D打印技术来说，粉体材料中夹杂物也都会对成型部件产生影响。降低其含量对于提高合金的力学性能和可靠性有显著改善，是提高其使用性能的重要途径。因此，必须严格控制高熵合金中N元素的含量。

真空气雾化是一种在真空条件下利用电磁感应加热原理来加热和熔化金属，并利用惰性气体来雾化金属液的生产工艺。真空气雾化技术制备的粉末具有粒度细小、成分均匀、球形度高、粒度可控、冷却速度快、氧及其它杂质含量低、细粉收得率高等优点，目前已经成为生产高性能球形金属及合金粉末的主要方法。对粉末中O、N、H含量要求较高的合金，几乎全部采用真空气雾化技术。随着3D打印技术的不断发展，对原材料粉末中的气体含量及夹杂物含量也都提出了越来越高的要求，使得当今世界上的3D打印用粉末原材料全部采用真空气雾化技术制得。

因此，为了增强高熵合金在真空气雾化过程中的脱N效果，从而有效降低增材制造用合金粉末中的N含量，开发出一种简单可行、易于实现的真空气雾化工艺就具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种低氮含量的高熵合金粉末的制备方法，该制备方法操作简便，易于实现，具有良好的脱氮效果。

本发明的目的之二在于提供一种由上述制备方法制备而得的低氮含量的高熵合金粉末，该低氮含量的高熵合金粉末具有较低的N含量。

本发明的目的之三在于提供一种上述低氮含量的高熵合金粉末的应用，例如可将其应用于3D打印，有利于提高成型部件的力学性能和产品质量。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：