[发明专利]一种陶瓷增强高熵合金复合材料构件的激光熔化沉积方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷增强高熵合金复合材料构件的激光熔化沉积方法，包括以下步骤：(1)原材料准备；(2)原材料处理；(3)激光逐层熔化堆积增强相高熵合金的路径规划；(4)增强相高熵合金构件的激光立体成形。本发明创新的将激光熔化沉积技术应用到了陶瓷增强高熵合金复合材料构件的制备中，并摸索出陶瓷增强高熵合金复合材料构件激光熔化沉积的工艺参数，解决陶瓷增强高熵合金复合材料构件激光熔化沉积的制约性技术难题，对其研究与应用具有十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及材料科学与先进制造领域，具体涉及一种陶瓷增强高熵合金复合材料构件的激光熔化沉积方法。

背景技术

高熵合金材料构件由于具有高强度、良好的耐磨性、高加工硬化、耐高温软化、耐高温氧化、耐腐蚀和抗辐射等多种优良性能，在核电、防腐蚀及军事领域具有重要的应用前景。即便如此，在很多情况下，高熵合金材料构件的原始性能还不足以满足一些特殊环境的需求，此时需要将其性能进行提升。

我们发现，通过陶瓷增强高熵合金复合材料构件方法，能够提升高熵合金材料构件的性能，并能通过改变陶瓷相与高熵金属相的比例来调节陶瓷增强高熵合金复合材料构件的性能。然而，陶瓷粉具有很高的熔点(WC熔点2875℃,TiC熔点3140℃等)，如果采用传统的熔铸法去制备陶瓷增强高熵合金复合材料构件，势必会导致增强相分布不均匀，而且熔铸法制备陶瓷增强高熵合金复合材料构件容易引入成分偏析、空隙以及缩孔等缺陷。此外熔铸法制备陶瓷增强高熵合金复合材料构件步骤繁多、工艺复杂、加工余量大，所以其制备周期长、制造成本高、材料利用率低。这些问题加在一起严重制约了陶瓷增强高熵合金复合材料构件的制备与应用。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，创新的将激光熔化沉积技术应用到了陶瓷增强高熵合金复合材料构件的制备中，并摸索出陶瓷增强高熵合金复合材料构件激光熔化沉积的工艺参数，解决陶瓷增强高熵合金复合材料构件激光熔化沉积的制约性技术难题，对其研究与应用具有十分重要的意义。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种陶瓷增强高熵合金复合材料构件的激光熔化沉积方法，包括以下步骤：

(1)原材料准备：高熵合金粉末、陶瓷粉末、基材；

(2)原材料处理：先将高熵合金粉末和陶瓷粉末混合，在真空条件下烘干，得到混合粉末，并将其装入送粉器所配置的料筒中备用；再将基材的外表面机械打磨光滑后，浸没在丙酮中，进行超声波清洗，清洗完毕后固定装夹在转台上备用；所述转台置于惰性气体保护的成形腔室中；

(3)激光逐层熔化堆积增强相高熵合金的路径规划：将要制备的陶瓷增强高熵合金复合材料构件的三维模型进行分层切片，根据每个切片层的几何形状确定激光扫描的填充方式与转台的转动策略，得到多层模型切片层的激光器、送粉器和转台运行路径；

(4)增强相高熵合金构件的激光立体成形：开启成形腔室中的激光器，同时使转台与送粉器按照步骤(3)设定的运行路径进行运转；激光器的激光将会使放置于转台上的基材表面形成一个激光熔池，当送粉器把料筒中的混合粉末输送到该激光熔池后，高熵合金粉末会熔化包裹陶瓷粉并堆积；当完成一个切片层路径的运转后，在基材上形成与基材表面结合的第一激光熔覆层；随后，将激光头抬升高度，在第一激光熔覆层上重复上述堆积操作，完成下一个切片层的激光熔覆；随之逐层熔覆，即可完成其余模型切片层的激光熔覆层，进而获得三维陶瓷增强高熵合金复合材料构件。

具体的说，所述步骤(1)中，所述高熵合金粉末的粉末粒度为20～200微米，且其包括Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Al、Ti、Nb中的至少三种金属元素。

具体的说，所述步骤(1)中，陶瓷粉末的粉末粒度为5～200微米，且其为WC、TiC、NbC、SiC或TiO。

更具体的说，所述步骤(1)中，基材为不锈钢或碳钢。