[发明专利]一种高强度Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度Al‑Co‑Cr‑Fe‑Ni高熵合金及其制备方法，包括通过设计由主送丝机送一种缆式焊丝(Co‑Cr‑Fe‑Ni)，配合辅助送丝机填充纯Al焊丝，即双焊丝电弧增材制造、通过对辅助送丝机的送丝速度控制，可无极调控Al含量的方法来制备最佳Al含量的Al‑Co‑Cr‑Fe‑Ni高熵合金；使用该方法增材制造Al‑Co‑Cr‑Fe‑Ni高熵合金具有高效率、低成本等优势，且制备的Al0.6CoCrFe2Ni2.3高熵合金在强度上有极大的提升，该方法进一步为后人研究高熵合金开辟了新道路。

技术领域

本发明涉及到金属材料的增材制造领域，提出了一种高强度Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金及其制备方法。

背景技术

不同于传统合金，高熵合金(High Entropy Alloy，HEA)是由五种或者五种以上等摩尔或大约等摩尔金属元素混合形成的多主元合金，因为具有许多优异的性能而有着非常广阔的应用前景，所以近年来一直是人们研究的热点。Al-Co-Cr-Fe-Ni系列高熵合金已经是一个非常成熟的体系，它的制备普遍采用铸造，而使用电弧增材制造技术不仅效率高，成本低，而且打印出来的零件性能好，逐渐受到人们的广泛关注。

高熵合金各元素的含量对基体本身的组织和性能有着较大的影响。前人大量的研究证明，铝含量的不同会对Al-Co-Cr-Fe-Ni系列高熵合金的组织和性能产生较大的影响，但是前人的研究都是通过铸造或激光增材制造来制备高熵合金的，其得到的产品具有晶粒大，性能差，成本高等缺点，而电弧增材制造效率高，冷却快，保持低的热输入，能细化晶粒，因此在增材制造高熵合金方面有较大的潜力。缆式焊丝具有熔敷效率高，焊缝性能优异等特点，增材制造时电弧的自旋可使成分均匀，细化晶粒，从而提升材料性能。同时，通过丝材增材制造高熵合金的研究还比较少，特别是研究某一成分的改变对该体系性能的影响，所以，用双丝-电弧增材制造高熵合金是对高效率低成本生产出性能优异的金属材料的伟大尝试。

发明内容

本发明针对以上技术上的局限性，提出一种缆式焊丝电弧增材制造高强度Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金的工艺方法。通过定制缆式焊丝(Co-Cr-Fe-Ni)辅助单独送丝机以不同送丝速度填充Al焊丝进行CMT电弧增材制造Al-Co-Cr-Fe-Ni系高熵合金，运用该方法沉积出的高熵合金成型完好，力学性能优异，特别是拉伸强度，在同系列中达到了前列水平，也为后人研究双丝增材制造高熵合金开辟新道路。

为达到上述目的，本发明提出一种高强度Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金，其特征在于：包括通过缆式焊丝Co-Cr-Fe-Ni和纯Al焊丝通过增材制备合金工艺制得。

作为上述方案的进一步设置，所述缆式焊丝Co-Cr-Fe-Ni和纯Al焊丝制备Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金采用电弧增材工艺，其中，所述Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金中，最佳的合金Co、Cr、Fe、Ni、Al的质量比具有三种，为1：1：2：2.4：0.3或1：1：2：2.3：0.5或1：1：2：2.3：0.6。

还包括一种缆式焊丝电弧增材制造高强度Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用10mm厚的304不锈钢板作为基板，实验前将基板表面的油污和灰尘用角磨机进行打磨，使其焊接表面光滑锃亮，用于下一步骤的电弧增材制造加工；

2)本发明采用CMT(Cold Metal Transfer)智能化电弧增材制造系统装备用于沉积预备的缆式焊丝(Co-Cr-Fe-Ni)；

3)在步骤2)的前提下，设置单独控制的辅助送丝机来将纯Al焊丝填充添加进步骤2)的沉积熔池进行混合增材制造高强度的Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金；

4)在通过步骤3)制备批量的高熵合金前，可进行测试样的制备测试，通过对测试样线切割、砂纸打磨、抛光和腐蚀后，将其显微组织，显微硬度和拉伸强度进行对比；