[发明专利]一种用于3D打印的高韧性高熵合金成形材料和制备方法

说明书

本发明涉及一种高韧性高熵合金，尤其是涉及一种用于3D打印的高韧性高熵合金及高熵合金成形材料的制备方法。用于3D打印的高韧性高熵合金，按原子百分比计，所述高熵合金原料含量为：Ti：17‑25at％，V：8‑15at％，Nb：11‑18at％，Mo：7‑15at％，Ta：20‑25at％，W：15‑18at％，Ti、V、Nb、Mo、Ta、W的原子百分比之和为100％，上述原料纯度≥99.99％。通过确定相应的高熵合金原料成分及含量，并结合SLM的制备工艺参数，得到的高熵合金成形材料具有良好的高温强韧性。

技术领域

本发明涉及一种高韧性高熵合金，尤其是涉及一种用于3D打印的高韧性高熵合金及高韧性高熵合金成形材料的制备方法。

背景技术

相比于高分子材料及陶瓷材料，金属材料具有更优的强度和韧性，作为结构材料具有良好的安全性。而高熵合金的多组元效应使得高熵合金有了与传统金属材料不同的结构特点，因而高熵合金具有一些独特的性质，诸多方面性能优异，如具有高硬度、高强度，耐氧化、热稳定性也优异。就传统制备方法来说，制备的物体形状越复杂，生产成本越高，传统金属加工的浪费量惊人，一些精细化生产甚至会造成80％原材料的浪费，相对来说，3D打印技术可以降低成本，制备复杂的零部件，并保证成形材料优异的高温综合性能，如高韧性、高强度等。

目前，传统的高熵合金制备方法生产形状复杂的部件成本高，且在高温使用环境下难以同时兼顾强度与韧性，激光选区熔化(SLM)激光3D打印技术可解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种用于3D打印的高韧性高熵合金；本发明的目的之二在于提供一种高韧性高熵合金成形材料的制备方法，以降低成本，并在高温使用环境下兼顾强度与韧性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于3D打印的高韧性高熵合金，其特征在于，按原子百分比计，所述高熵合金原料含量为：Ti：17-25at％，V：8-15at％，Nb：11-18at％，Mo：7-15at％，Ta：20-25at％，W：15-18at％，Ti、V、Nb、Mo、Ta、W的原子百分比之和为100％，上述原料纯度≥99.99％。

根据上述用于3D打印的高韧性高熵合金的成形材料，优选地，800℃使用环境下，高熵合金成形材料的抗拉强度为1300-1550MPa，屈服强度为920-1030MPa，延伸率为20-28％；1000℃使用环境下，高熵合金成形材料的抗拉强度为1230-1480MPa，屈服强度为880-960MPa，延伸率为32-41％。高熵合金成形材料在高温使用环境下具有良好的强韧匹配性。

Nb有利于BCC相的形成，有利于提高合金的高温强度和硬度。V、Ta可提高合金的高温强度，但过多会形成脆硬相导致韧性降低，难以满足要求。Ti、Mo可提高合金的强度及韧性，W可提高高温强度，W过多导致韧性降低。

优选地，所述Ti、Nb、Mo的原子百分比为3:2：(1-1.5)，此时合金的高温强韧性优异。

本发明还涉及一种高韧性高熵合金成形材料的制备方法，包括以下步骤：

称取高熵合金的原料，按原子百分比计，所述高熵合金原料含量为：Ti：17-25at％，V：8-15at％，Nb：11-18at％，Mo：7-15at％，Ta：20-25at％，W：15-18at％，Ti、V、Nb、Mo、Ta、W的原子百分比之和为100％，上述原料纯度≥99.99％。

将原料混合，然后制备成合金粉末，筛选出直径为10-25um合金粉末用于SLM成形，将筛选出的合金粉末放入SLM的3D打印设备中，并控制制备过程中氧含量在150ppm以内，以防止合金粉末氧化。设置3D打印设备的激光功率为180～240W，扫描速度为1000-1300mm/s，扫描间距为20-50um，即可得到适用于高温环境的高韧高熵合金成形材料。