[发明专利]一种制备高熵合金的方法

说明书

本发明属于先进金属材料制备研究领域，特别提供了一种采用激光熔覆成形制备具有复杂形状高熵合金的方法。步骤如下，前驱体粉末配置：将旋转电极雾化高熵合金粉加入到酸溶液中浸渍适当时间，选取纳米Y₂O₃或La₂O₃粉加入至溶液中进行搅拌然后烘干，纳米氧化物占最终粉末的0.01‑5wt.％。纳米氧化物包覆高熵合金粉末制备：在气氛保护和一定温度条件下，将前驱体粉末放入高速搅拌加热炉中搅拌，纳米氧化物渗入合金粉末颗粒表层，最终得到纳米氧化物包覆的高熵合金粉末。将纳米氧化物包覆的高熵合金粉末进行激光熔覆成形，得到具有复杂形状高熵合金的方法。本发明为具有复杂形状高熵合金提供了新的思路，具有生产周期短、成本低、操作方便等优点。

技术领域

本发明属于先进金属材料制备研究领域，特别提供了一种采用激光熔覆成形制备具有复杂形状高熵合金的方法。

背景技术

高熵合金由于其独特的设计理念和优异的力学性能，得到了研究者的广泛关注。在高熵合金中，没有一种元素占据主导地位，而是由几种以等摩尔比或近等摩尔比的元素构成，这与传统合金有很大区别。这种设计理念也使得高熵合金具有四个核心效应，即：高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应。其中，迟滞扩散效应使得原子在高熵合金中的扩散速度较慢。因此，在极端条件下高熵合金能够保持良好的力学性能，例如抗高温蠕变、抗回火软化等性能，使得高熵合金在高温应用领域具有极佳的应用前景。

研究表明，Al_0.3CrCoFeMnNi高熵合金具有面心立方晶体结构，塑性较好。通过机械合金化的方式，可以将Y₂O₃颗粒引入Al_0.3CrCoFeMnNi 高熵合金基体中，得到Y₂O₃弥散强化的Al_0.3CrCoFeMnNi高熵合金。该合金与基体合金相比，可以大幅提高合金的强度。此外，纳米氧化物的熔点较高，与其他析出沉淀类第二相相比，即使在非常高的使用温度下也不会溶解，这将有效提高Al_0.3CrCoFeMnNi高熵合金的高温强度。尺寸细小的弥散相引入基体可以显著细化基体晶粒。由此可见，使用纳米氧化物对Al_0.3CrCoFeMnNi高熵合金进行弥散强化是提升合金性能的有效方法。

具有复杂形状的先进燃气轮机中的叶片和汽车涡轮增压器中的涡轮是氧化物弥散强化(Oxides Dispersion strengthening，ODS) 高熵合金的潜在替代材料。但是ODS强化高熵合金的硬度高，很难通过传统机加工方法制备出形状复杂的零件，这严重制约了该合金的推广应用。3D打印技术作为粉末近终成形的代表技术，适合于尺寸适中、形状复杂零件的成形。3D打印技术中的激光熔覆成形技术由于具有成本低、产品密度高、精度高、少切削甚至无切削等一系列优点受到了广泛的关注。

为了保证近终成形过程中复杂微细结构的完整性，用于激光熔覆成形用的粉末通常需要球形的细粒径粉末，并且对粉末的纯净度有较高的要求。然而目前大多数制备ODS强化AlCrCoFeMnNi高熵合金的方法为机械合金化。机械合金化工艺制备合金时，Al、Cr等元素容易在机械合金化过程中氧化，最终降低合金性能。同时，高能球磨过程粉末、球磨介质和球磨罐会进行高速碰撞，长时间的球磨导致球磨介质和球磨罐中的元素引入目标粉末中造成污染，进而影响最终材料性能。最后，机械合金化得到的粉末加工硬化严重，且大多数是形状不规则粉末、粉末流动性差，只能使用一些特殊方法如包套热挤压、包套热等静压或放电等离子烧结成形，不能满足激光熔覆成形技术对粉末的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备具有复杂形状高熵合金的方法，旨在开发一种高效方法制备具有超细氧化物弥散相的高熵合金。