[發明專利]一種增材制造技術成形高熵合金的方法

有效

• 申請號: 201710265570.7
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107130124B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 周香林;張咪娜;朱武智;李景昊
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;B22F3/105;B33Y10/00;B33Y50/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明涉及金屬合金成形和制造技術領域，提供了一種高熵合金粉體材料體系及其增材制造方法。本發明基于粉床選擇性高能束熔化成形和同軸送粉的近凈成形等多種增材制造技術，通過實驗確定了AlCoCuFeNi高熵合金粉體組成及其增材制造的成形工藝。本發明的有益效果為：該發明提供的高熵合金粉體及采用增材制造技術制備的合金構件具有簡單的體心立方結構，高致密度，力學性能優異，同時制備過程成本低、易操作，生產效率高。采用本發明的材料與制備工藝可直接增材制造成形高熵合金零件。

技術領域

本發明涉及金屬增材制造領域，特別涉及一種AlCoCuFeNi高熵合金粉體材料體系，同時提供該合金的增材制造高性能高熵合金的工藝技術方法。

背景技術

高熵合金突破了傳統合金設計理念，主要包含五種或五種以上組元，且每種元素原子比在5％-35％之間。合金呈現多主元高熵效應，形成簡單的固溶體結構，具有優異的綜合性能，近年來成為材料科學領域的研究熱點之一。目前，高熵合金主要采用真空電弧熔煉和熔鑄等方法制備，然而由于上述技術冷卻速度較慢容易產生成分偏析，而且不易成形復雜結構零件，不利于高熵合金一些實際應用需求。

增材制造技術是近年出現的主流金屬快速成形技術。相對于傳統的減材制造工藝，該技術其主要應用離散-堆積成形原理，根據3D三維模型數據利用高能量束直接對材料熔化堆積成全密度、高精度的金屬零件。這種技術主要特點為零件制備時間短、對復雜結構不敏感、材料利用率高和制造成本低，對于快速制造結構拓撲個性化、成形精度要求高的高熵合金具有很大的優勢。

發明內容

本發明的目的就是克服現有技術存在的缺陷，提供了一種AlCoCuFeNi高熵合金粉體材料，同時提供了一種增材技術制備高熵合金的方法，分別采用選擇性激光熔化技術、激光近凈形制造技術及電子束選區熔化技術直接成形AlCoCuFeNi系高熵合金構件，確定了合金成形工藝及相關組織性能，為高熵合金制備提供了新的成形技術。

一種增材制造技術成形高熵合金的方法，其特征在于，分別采用選擇性激光熔化技術、激光近凈形制造技術及電子束選區熔化技術直接成形AlCoCuFeNi系高熵合金構件，確定合金成形工藝及相關組織性能，所述高熵合金的組成為AlCoCuFeNi；上述組分的原子摩爾比為：(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1):(0.8～1.1)；所選用高熵合金為氣霧化預合金粉末。

預合金粉末為球形，純度不低于99.9％。

本發明提供了上述高熵合金的選擇性激光熔化技術的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、根據高熵合金名義化學成分中的各元素摩爾比進行配比，采用氣霧化制得高熵預合金粉末，

步驟二、在計算機上建立零件三維模型，將所述零件模型轉成STL格式文件并導入到選擇性激光熔化快速成形設備中；

步驟三、將步驟(一)制得的預合金粉末置于選擇性激光熔化成形設備中的供粉缸里，并將金屬基板置于選擇性激光熔化成形設備中的工作缸中同時對其進行調平；

步驟四、進行選擇性激光熔化成形過程中，激光功率為150～250W，掃描速度為600～1200mm/s，粉層厚度為0.03～0.06mm，掃描間距為0.02～0.06mm，成形時用惰性氣體保護防止粉末發生氧化。

進一步的，步驟(四)成形過程中的掃描路徑為分組變向式，即奇數層時，掃描方向平行于x軸；偶數層時，掃描方向平行于y軸。分層換向對材料進行掃描，依次疊加得到成形件。

進一步的，步驟一所述預合金粉末粒徑為15～75μm；步驟四中的惰性氣體為高純Ar氣。

本發明還提供了一種激光近凈形制造上述高熵合金的制備方法，包括如下步驟：