[发明专利]一种适合3DP打印技术的低密度双相高熵合金粉体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种适合3DP打印技术的低密度双相高熵合金粉体及其制备方法。该合金粉体按照摩尔比来计，包括：0‑30％的Al；0‑30％的Ti；0‑20％的V；0‑20％的Cr；0‑30％的Mg；0‑20％的Ni；0‑20％的Cu；0‑30％的Si；0‑30％的B。该方法包括：将上述元素粉末混匀，得到混合粉末；球磨，在真空下进行筛分，取粒度为10‑100μm粉体，得到适合3DP打印技术的低密度双相高熵合金粉体。本发明的高熵合金材料具有FCC/BCC或FCC/HCP的双相结构，具有高强度与高硬度，还兼具FCC结构良好的塑性，适合3DP打印使用。

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域，具体涉及一种适合3DP打印技术的低密度双相高熵合金粉体及其制备方法。

背景技术

高熵合金材料是近十年来涌现出来的一类新型合金材料，其具有高强、高硬、耐高温、耐磨损以及其它功能特性，成为了国内外的研究热点。

在高熵合金体系研究方面：现有关于高熵合金体系的研究主要集中于Co、Cr、Fe、Ni、Mn等过渡族金属元素和一些较高熔点的金属元素如Ta、Mo、Hf、Nb等，合金密度较高，一般在8.0g/cm³以上。低密度高熵合金的主要元素包括Al、Ti、Mg、Li、Sn、Li、Be以及非金属的Si、B、C、N等元素，该类型高熵合金质量轻、潜在应用前景十分显著。同时，在高熵合金相结构研究方面：早期关于高熵合金的相结构设计与合成主要集中在简单固溶体相方面。具有FCC结构的高熵合金固溶体具有良好的塑性，但强度和硬度相对较低；具有BCC结构的高熵合金强度和硬度更高，但塑性较差。而双相(FCC+BCC)高熵合金可同时获得高强度、高硬度以及一定塑性的良好综合力学性能，是当前的主要研究方向。

此外，在高熵合金的3D打印成形技术研究方面：目前关于高熵合金的3D打印成形技术主要集中在SLM和SLS等激光成形技术方面，属于高能液相成形技术，主要用于制备高密度、高熔点以及耐高温的高熵合金体系材料。3DP打印成形技术属于粘结-固态烧结成形技术体系，主要包括金属粉体生坯的3DP打印成形和生坯的高温烧结成形两个工艺步骤，其工艺原理特别适合低密度双相高熵合金的3DP打印成形。在适合3DP(或3D)打印的高熵合金粉末及其加工技术方面，国内外应用比较成熟的是高密度高熔点的FeCoNi系高熵合金预合金粉末，采用的是真空熔铸+喷雾法(或电子束熔化+喷射)的技术方案，可参照文献(KexuanZhou,Junjie Li,Lilin Wang,Haiou Yang,Zhijun Wang,Jincheng Wang.Direct laserdeposited bulk CoCrFeNiNbx high entropy alloys.Intermetallics 114(2019)106592.)和文献(牛朋达，李瑞迪，袁铁锤，王敏卜，刘咏.增材制造高熵合金研究进展.精密成形工程.2019,11(4):51-57)。上述方案制备的FeCoNi系高熵合金预合金粉末颗粒圆度好，颗粒流动性好；但是，该方案需要真空系统及专用设备，其制造成本高、制粉时间长、效率低。另外，采用熔铸法制锭也不适合低密度的高熵合金体系，容易导致低熔点合金烧损，无法获得设定的原子比的低密度高熵合金粉末材料。

目前，国内外还没有开发出低成本且适合于3DP打印技术的高熵合金粉末及其制备技术。因此，开发一种适合于3DP打印成形的且具有双相结构的低密度高熵合金粉末材料对该类材料的3DP打印技术的推广应用具有引领意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种适合3DP打印技术的低密度双相高熵合金粉体及其制备方法。

本发明的首要目的在于提供一种低密度双相高熵合金的粉体材料，该粉体材料具有低密度(3.5～5.43g/cm³)和双相((FCC/BCC，FCC/HCP))特征、颗粒粒径分布为10-100μm且流动性好，适合粉末粘接-烧结3DP打印成形技术使用。