[发明专利]一种用3D打印制备粉末冶金拉伸共晶高熵合金的方法

说明书

本发明涉及一种用3D打印制备粉末冶金共晶高熵合金的方法；属于共晶高熵合金制备技术领域。所述共晶高熵合金由Fe、Co、Cr、Ni、Ta按摩尔比，Cr:Fe:Co:Ni:Ta＝x:(48‑x):y:(39‑y):z组成；其中，x的取值范围为19～24；y的取值范围为22～26；z的取值范围为10～15，各元素摩尔比加和为100。其制备方法包括下述步骤：在保护气氛下，以FeCoCrNiTa共晶高熵合金粉末为原料；采用3D打印制备出坯样；对所得坯样进行去应力退火；得到退火后的样坯；然后对所得退火后的样坯进行热等静压处理；得到成品。本发明组分设计设计合理，所得产品性能优良，便于大规模的应用。

技术领域

本发明涉及一种用3D打印制备粉末冶金共晶高熵合金的方法；属于共晶高熵合金制备技术领域。

背景技术

选区激光熔覆(AM)由于具有较多优点如：1、可以减少材料组织结构中的缺陷；2、由于没有传统熔炼过程中加工带来的损耗，可以降低原料的损耗，降低成本；3、一次性可激光打印多尺寸数量的样品。随着近年来选区激光熔覆技术的飞速发展，已经吸引了人们巨大的兴趣。并且增材制造技术在高熵合金(HEAs)中得到了广泛的应用。很多研究表明，选取激光熔覆技术可以通过高的能量束熔化粉末并得到优化的组织以及力学性能。

随着成功地运用共晶合金的思想设计了具有复合结构的HEAs以后。共晶高熵合金由于没有凝固温度范围，可以避免偏析和缩孔，具有良好的铸造性能。此外，以层状或棒状共晶组织为原位复合材料的共晶结构表现为低能相边界、可控组织和近似平衡组织的特点。目前用于制备共晶高熵合金的方法主要为熔炼的方法(如2018109454652、2018108405057、2018108407654、2018105219757)，由于共晶高熵合金内含有较多高熔点的元素，例如Ta、Nb、Zr、Hf这些元素价格较为昂贵，后续复杂的加工以及浪费的预料使得成本大大增大。同时，到目前为止，还没人尝试用Fe、Co、Cr、Ni、Ta作为组元来开发共晶高熵合金。

本发明在技术开发过程中，遇到的问题有工艺选择、组分设计以及工艺和组分匹配的问题。因为目前制备共晶高熵合金均是采用熔铸技术；所以在本发明决定采用增材制造的方法时，是缺少参照蓝本的，这也就加大了本发明的技术难度；同时为了保证所得产品为共晶高熵合金以及所设计和制备的共晶高熵合计具备优异的高温力学性能，必须要对其组分和工艺进行匹配优化；而现有技术中还未有以Fe、Co、Cr、Ni、Ta作为组元，通过增材制造的方式来开发具有优异性能的共晶高熵合金的报道，这就进一步增大了本发明技术的开发难度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明首次提出采用增材制造的方法来制备共晶高熵合金。本发明采取增材制造的方法，减少成本并制造出性能优异的共晶高熵合金。所得共晶高熵合金在高温应用时，展现出优秀的高温拉伸强度。

本发明一种用3D打印制备粉末冶金共晶高熵合金的方法；所述共晶高熵合金由Fe、Co、Cr、Ni、Ta按摩尔比，Cr:Fe:Co:Ni:Ta＝x:(48-x):y:(39-y):z组成；其中，x的取值范围为19～24；y的取值范围为22～26；z的取值范围为10～15，各元素摩尔比加和为100。其制备方法包括下述步骤：

步骤一

在保护气氛下，以FeCoCrNiTa共晶高熵合金粉末为原料；采用3D打印制备出坯样；3D打印时，控制激光功率为200～400W、激光打印速率为800～2000m/s、；3D打印前，基板的温度为80～100℃；

步骤二

对步骤一所得坯样进行去应力退火；得到退火后的样坯；去应力退火时，控制温度为300～500℃、时间为3～8小时；

步骤三