[发明专利]一种激光增材制造高熵合金的原位制备方法及产品

说明书

本发明克服现有技术的不足，提供一种激光增材制造高熵合金的原位制备方法及产品，实现了FeCoCrNiTi高熵合金的粉末制备以及原位激光增材制造，改变了原有试样的微观相组成并成功提高了其硬度。本发明所述方法，包括原料混合，增材制备，时效处理步骤。采用本方法制备的材料成型效率高，可以用来制备外形复杂的零件。其可以实现材料的近净成型，大大降低零件生产成本。试样成型效果良好，无气孔及宏观裂纹，试样无微气孔及微裂纹，致密度良好，并且组织较为均匀，三种相结构共存。高温时效处理后，析出物全部由网状转变为板条状，可见正是由于这一转变导致高温时效处理后试样硬度得到提高，淬火冷却的试样硬度比随炉冷却试样硬度更高。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种激光增材制造高熵合金的原位制备方法及产品。

背景技术

高熵合金的概念是1995年中国台湾学者叶均蔚首先提出的。以往的合金主要是由一种或两种主要元素与一些次要元素共同构成的。但是经过长时间的发展后已经无法突破性能无法迅速提升的瓶颈。高熵合金理论体系是完全突破传统合金设计理念的基础上建立起来的，其通常由5种或5种以上的元素构成，并且每种元素的含量在5％～35％之间，最常见的是等摩尔比混合的高熵合金。这种合金设计方式会充分提高合金系统中的熵值，因此被称为高熵合金。高熵合金具有较高的硬度、抗拉强度、耐磨及耐腐蚀性能等优异性能近年来被材料界广泛的研究。但是高熵合金体系庞大，其具体形成机理及强化机制还没有完全明确，仍需相当一段时间的研究及探索。制备高熵合金试样的方式主要为真空电弧熔铸，但是这种方式能制备试样的几何形状十分简单，无法制备复杂形状的试样。另外由于其含有合金元素较多，如果使用传统工艺进行减材制造会增加成本。近年来激光快速融化沉积技术(LMD)逐渐兴起，其原理是使用高能激光作为热源，根据零件CAD模型信息进行切片后采用同轴送粉方式实现逐层熔覆的一种新型材料的快速成型技术。相比于真空电弧熔铸，这种工艺方式对于所加工零件的几何形状适应性强，可制备具有复杂几何结构的零件，因此近年来被逐步应用到各类材料的生产上。但是，目前只有钛合金和不锈钢的激光快速融化沉积技术以及后续热处理工艺发展的比较成熟。高熵合金在这一工艺上的应用还有较多问题，仍需大量研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种激光增材制造高熵合金的原位制备方法及产品，实现了FeCoCrNiTi高熵合金的粉末制备以及原位激光增材制造，改变了原有试样的微观相组成并成功提高了其硬度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种激光增材制造高熵合金的原位制备方法，包括以下步骤：

步骤1，原料混合，纯度为99.9％的Fe、Co、Cr、Ni、Ti球形粉末，所述球形粉末的粒度为50～150μm区间，将Fe、Co、Cr、Ni、Ti球形粉末等摩尔比混合均匀，将混合均匀的所述球形粉末在真空烘干机烘干，烘干完成后密封保存；

步骤2，增材制备，基板采用不锈钢材质，将基板表面打磨直至无氧化物，用有机溶剂将表面的油污和脏污清洗干净，将所述步骤1完成后获得的所述球形粉末投入打印机料仓，构建尺寸为预定尺寸的块体，设定搭接率40～60％，层间旋转角设定为65°～70°以释放残余应力，进行激光器行走离线编程，打印前将打印仓内抽真空，氧气含量低于500ppm，激光功率为2800W～3000W，扫描速度640～800mm/min，光斑直径3～5mm，保护气流量10～20L/min，送粉器转速0.3～0.7r/min，打印获得预定尺寸的试样，随仓冷却；

步骤3，时效处理，将步骤2完成后的所述试样放在氧化铝坩埚中，表面覆盖一层氧化镁粉末用于隔绝空气，在800℃～1100℃温度下时效处理24小时，之后降温冷却。

在上述技术方案中，所述步骤1中将Fe、Co、Cr、Ni、Ti球形粉末等摩尔比混合，将混合后的球形粉末在三维混料机中混合2～4小时，筒体转速20～40r/min，将混合均匀的所述球形粉末在真空烘干机烘干5～10小时，温度50～100摄氏度，真空度小于表压-0.08MPa，烘干完成后密封保存；