[發(fā)明專利]一種高熵合金的激光3D打印方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711168595.1
• 申請(qǐng)日: 2017-11-21
• 公開（公告）號(hào): CN107900335A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂云卓;陸興;覃作祥;高小余;徐會(huì)東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;C22C30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 大連至誠(chéng)專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)21242
• 代理人: 楊威,涂文詩(shī)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高熵合金成形技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高熵合金的激光3D打印方法。

背景技術(shù)

高熵合金是最近新興的合金材料，它打破了傳統(tǒng)合金中主要組成元素為一種或兩種的合金設(shè)計(jì)理念。高熵合金是由至少五種以上的主要元素構(gòu)成，而且每種元素原子百分比不超過35％。合金主元增多產(chǎn)生的高熵效應(yīng)，使晶體易于形成簡(jiǎn)單體心或簡(jiǎn)單面心立方結(jié)構(gòu)，并可能伴有晶間化合物以及納米晶，從而達(dá)到固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化效果。通過合金成分優(yōu)化設(shè)計(jì)可以使高熵合金在性能上比傳統(tǒng)合金具有更大的優(yōu)勢(shì)，例如高硬度、高強(qiáng)度、耐高溫氧化、耐腐蝕等。

現(xiàn)有鑄造法成型高熵合金構(gòu)件效率低、尺寸較小以及形狀簡(jiǎn)單。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種高熵合金的激光3D打印方法，可可高效、低成本地成型出具有復(fù)雜形狀的高熵合金構(gòu)件。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高熵合金的激光3D打印方法，其特征在于，將粒徑為20～150μm的高熵合金粉末，在激光功率200～2000W，掃描速度500～1200mm/min，激光光斑直徑0.5～4mm，搭接率為15～50％，打印層厚0.5～2mm，打印環(huán)境氧濃度低于50ppm，基板預(yù)熱溫度0～300℃的激光3D打印的工藝參數(shù)條件下，利用激光3D打印方法逐層成型高熵合金構(gòu)件；然后，將得到的高熵合金構(gòu)件在惰性氣體保護(hù)和溫度300～1000℃下退火，時(shí)間2～12h，然后隨爐冷卻，完成高熵合金構(gòu)件的制造。

進(jìn)一步地，所述高熵合金由Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Al、和Ti組成，其中各元素的質(zhì)量百分比為：Cr：18～20％，Mn：19～21％，F(xiàn)e：19～21％，Co：20～22％，Ni：20～22％，Al：0～2％，Ti：0～2％。其激光3D打印的工藝參數(shù)為：激光功率1000W，掃描速度600mm/min，激光光斑直徑4mm，搭接率為30％，打印層厚1mm，打印環(huán)境氧濃度低于50ppm，基板預(yù)熱溫度25℃。其退火條件為：退火溫度為600℃，時(shí)間2h。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過使用激光3D打印方法成型高熵合金構(gòu)件，克服了鑄造法成型高熵合金構(gòu)件效率低、尺寸較小和形狀簡(jiǎn)單的缺點(diǎn)，可高效、低成本地成型出具有復(fù)雜形狀的高熵合金構(gòu)件。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所使用的激光3D打印裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施例中制造的高熵合金構(gòu)件的宏觀形貌圖；

圖3是圖2所示的高熵合金構(gòu)件的室溫拉伸力學(xué)曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

需要說明的是，在下述的具體實(shí)施方式中，在詳述本發(fā)明的實(shí)施方式時(shí)，為了清楚地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以便于說明，特對(duì)附圖中的結(jié)構(gòu)不依照一般比例繪圖，并進(jìn)行了局部放大、變形及簡(jiǎn)化處理，因此，應(yīng)避免以此作為對(duì)本發(fā)明的限定來加以理解。

激光3D打印技術(shù)，又稱激光增材制造技術(shù)，是以高性能金屬粉末為原料，通過激光熔化、快速凝固、逐層堆積，由零件“三維實(shí)體”模型進(jìn)行層層堆積后直接“打印”出全致密、高性能的微型、精密、復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)件。與傳統(tǒng)的切削等機(jī)械加工技術(shù)相比，激光3D打印技術(shù)具有選材范圍廣、材料利用率高、低成本、精度高、周期短等諸多優(yōu)勢(shì)，被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為是對(duì)高性能金屬關(guān)鍵構(gòu)件的研制與生產(chǎn)具有決定性影響的核心關(guān)鍵制造技術(shù)之一。它實(shí)現(xiàn)了材料制備與復(fù)雜零件“近凈成形”制造一體化，無需零件毛坯制備，無需模具加工，直接從計(jì)算機(jī)生成的零件CAD實(shí)體模型“生長(zhǎng)”出凈形金屬零件產(chǎn)品。因此，采用激光3D打印技術(shù)可高效、低成本地成型出具有復(fù)雜形狀的高熵合金構(gòu)件。

圖1是本發(fā)明所使用的激光3D打印裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1、真空手套箱，2、激光熔覆頭，3、激光束，4、高熵合金粉末，5、高熵合金構(gòu)件，6、基板，7、導(dǎo)熱硅膠，8、導(dǎo)熱銅板，9、加熱液體導(dǎo)管，10、工作臺(tái)，11、激光器，12、光纖，13、送粉器，14、送粉桶，15、送粉管。

本實(shí)施例中，高熵合金粉末成分由Cr、Mn、Fe、Co、Ni組成，其中各元素的質(zhì)量百分比為：Cr：18％，Mn：20％，F(xiàn)e：20％，Co：21％，Ni：21％。

將上述成分的粒徑為20～150μm的高熵合金粉末，放置到激光3D打印裝置的送粉器13的送粉桶14內(nèi)。

基板6的厚度為20mm，材質(zhì)為45號(hào)鋼。

導(dǎo)熱銅板8內(nèi)部接通溫度為室溫的循環(huán)流動(dòng)水，將溫度傳遞給導(dǎo)熱硅膠7，從而預(yù)熱基板6。