[发明专利]超高速激光-感应复合熔覆增材制造铜基偏晶高熵合金的方法

说明书

本发明公开了一种超高速激光‑感应复合熔覆增材制造铜基偏晶高熵合金的方法，所述方法包括：将铜基偏晶高熵合金粉末作为成形粉末；将激光束与同轴粉末喷嘴定位于感应加热区内，根据铜基偏晶高熵合金零件CAD模型分层切片获得的一系列二维扫描轨迹，逐点、逐线与逐层制备铜基偏晶高熵合金；在超高速激光‑感应复合熔覆增材制造的同时，对形成的每一道熔覆层进行超声滚压处理；当熔覆增材制造一层之后，将加工头沿Z方向上升，并进行下一层熔覆增材制造，直到完成铜基偏晶高熵合金零件制造。采用本发明制备的铜基偏晶高熵合金呈现层状异构特征，具有高强高韧、高热稳定、高抗辐照、耐载流磨损与抗电弧烧蚀性能。

技术领域

本发明涉及一种超高速激光-感应复合熔覆增材制造铜基偏晶高熵合金的方法，属于激光增材制造(3D打印)技术领域。

背景技术

偏晶合金又称难混溶合金，是一类具有液-液两相分离的合金，当冷却进入液相分离温度区间时，形成具有弥散、核/壳或层状结构时，具有独特的物理与力学性能，作为电接触材料、轴瓦材料、热沉材料、刹车片材料等，在工业领域具有广阔的应用前景。

但是，常规熔铸技术制备该类合金时极易产生宏观偏析或分层组织，严重制约了该类合金优异性能的发挥，导致该类合金在工业领域中的应用受限。尽管国内外研究者提出了许多解决偏析或分层的方法，但均未从根本上解决偏晶合金易分层的问题。

鉴于层状异构具有高强高韧(异质形变强化)、界面高温结构稳定性(不混溶异质界面之间高温难扩散)，以及高熵合金的四大效应：热力学高熵效应、动力学迟滞效应、晶格畸变效应、鸡尾酒效应，使其具有优异的高强高韧、高耐磨与耐烧蚀以及优异的抗辐照性能等。因此，本发明在设计铜基偏晶合金成分时引入高熵合金思想，采用超高速激光-感应复合熔覆增材制造的方法，利用其超高冷速与液相分离，制备层状异构铜基偏晶高熵合金，使其具有高强高韧、高耐磨、高耐蚀、高导电与高抗辐照等性能，在国防、航空、航天、核电等领域具有广阔的应用前景。迄今为止，未发现国内外有关于采用超高速激光-感应复合熔覆增材制造技术制备铜基偏晶高熵合金的研究报道。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超高速激光-感应复合熔覆增材制造铜基偏晶高熵合金的方法，该方法在铜基偏晶合金成分设计时引入高熵合金思想，将要制备的铜基偏晶高熵合金零件CAD模型分层切片，生成一系列超高速激光-感应复合熔覆增材制造的二维扫描轨迹；根据生成的扫描轨迹，逐点与逐线的同时进行超声滚压处理，然后逐层堆积成三维实体的铜基偏晶高熵合金；实现了超高速激光、感应加热与超声滚压三种能量场的复合制造。铜基偏晶高熵合金粉末主要由Cu、Mo、Nb、 Si、Al、HfO2与石墨烯组成，其中铜与钼为等或近等原子比。采用该方法制备的铜基偏晶高熵合金呈层状异构特征，具有高强高韧、高热稳定、高抗辐照、耐载流磨损与抗电弧烧蚀性能。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

S1：将铜基偏晶高熵合金粉末作为超高速激光-感应复合熔覆增材制造的成形粉末，其化学成分为：Mo 20～35wt.％，Nb 5-15wt.％，Si 2～5wt.％，Al 2～10wt.％，HfO₂0.5～5 wt.％，石墨烯0.2～4.5wt.％，余量为Cu；

S2：不锈钢或铜合金表面经过镀镍处理后作为基材，将所述铜基偏晶高熵合金粉末放置于自动送粉器内，调节感应加热功率，使感应加热的温度控制在500-900℃；

S3：将激光束与同轴粉末喷嘴定位于感应加热区内，实现激光热源与感应加热源的耦合，然后根据铜基偏晶高熵合金零件CAD模型分层切片获得的一系列超高速激光 -感应复合熔覆增材制造的二维扫描轨迹，逐点、逐线与逐层制备铜基偏晶高熵合金；

S4：在超高速激光-感应复合熔覆增材制造的同时，对形成的每一道熔覆层进行超声滚压处理，细化显微组织，降低表面粗糙度，在表面获得压应力，提高抗疲劳性能；