[發明專利]一種制備高熵合金的方法

有效

• 申請號: 202010881164.5
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN111957965B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 陳旭;張彥;劉燁;章林;陳曉瑋;秦明禮;曲選輝
• 申請（專利權）人: 湘潭大學;北京科技大學
• 主分類號: B22F1/16
• 分類號: B22F1/16;B22F1/07;B22F10/28;B22F1/065;B33Y10/00;B33Y70/10
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明屬于先進金屬材料制備研究領域，特別提供了一種采用激光熔覆成形制備具有復雜形狀高熵合金的方法。步驟如下，前驅體粉末配置：將旋轉電極霧化高熵合金粉加入到酸溶液中浸漬適當時間，選取納米Y₂O₃或La₂O₃粉加入至溶液中進行攪拌然后烘干，納米氧化物占最終粉末的0.01?5wt.％。納米氧化物包覆高熵合金粉末制備：在氣氛保護和一定溫度條件下，將前驅體粉末放入高速攪拌加熱爐中攪拌，納米氧化物滲入合金粉末顆粒表層，最終得到納米氧化物包覆的高熵合金粉末。將納米氧化物包覆的高熵合金粉末進行激光熔覆成形，得到具有復雜形狀高熵合金的方法。本發明為具有復雜形狀高熵合金提供了新的思路，具有生產周期短、成本低、操作方便等優點。

技術領域

本發明屬于先進金屬材料制備研究領域，特別提供了一種采用激光熔覆成形制備具有復雜形狀高熵合金的方法。

背景技術

高熵合金由于其獨特的設計理念和優異的力學性能，得到了研究者的廣泛關注。在高熵合金中，沒有一種元素占據主導地位，而是由幾種以等摩爾比或近等摩爾比的元素構成，這與傳統合金有很大區別。這種設計理念也使得高熵合金具有四個核心效應，即：高熵效應、晶格畸變效應、遲滯擴散效應和雞尾酒效應。其中，遲滯擴散效應使得原子在高熵合金中的擴散速度較慢。因此，在極端條件下高熵合金能夠保持良好的力學性能，例如抗高溫蠕變、抗回火軟化等性能，使得高熵合金在高溫應用領域具有極佳的應用前景。

研究表明，Al_0.3CrCoFeMnNi高熵合金具有面心立方晶體結構，塑性較好。通過機械合金化的方式，可以將Y₂O₃顆粒引入Al_0.3CrCoFeMnNi 高熵合金基體中，得到Y₂O₃彌散強化的Al_0.3CrCoFeMnNi高熵合金。該合金與基體合金相比，可以大幅提高合金的強度。此外，納米氧化物的熔點較高，與其他析出沉淀類第二相相比，即使在非常高的使用溫度下也不會溶解，這將有效提高Al_0.3CrCoFeMnNi高熵合金的高溫強度。尺寸細小的彌散相引入基體可以顯著細化基體晶粒。由此可見，使用納米氧化物對Al_0.3CrCoFeMnNi高熵合金進行彌散強化是提升合金性能的有效方法。

具有復雜形狀的先進燃氣輪機中的葉片和汽車渦輪增壓器中的渦輪是氧化物彌散強化(Oxides Dispersion strengthening，ODS) 高熵合金的潛在替代材料。但是ODS強化高熵合金的硬度高，很難通過傳統機加工方法制備出形狀復雜的零件，這嚴重制約了該合金的推廣應用。3D打印技術作為粉末近終成形的代表技術，適合于尺寸適中、形狀復雜零件的成形。3D打印技術中的激光熔覆成形技術由于具有成本低、產品密度高、精度高、少切削甚至無切削等一系列優點受到了廣泛的關注。

為了保證近終成形過程中復雜微細結構的完整性，用于激光熔覆成形用的粉末通常需要球形的細粒徑粉末，并且對粉末的純凈度有較高的要求。然而目前大多數制備ODS強化AlCrCoFeMnNi高熵合金的方法為機械合金化。機械合金化工藝制備合金時，Al、Cr等元素容易在機械合金化過程中氧化，最終降低合金性能。同時，高能球磨過程粉末、球磨介質和球磨罐會進行高速碰撞，長時間的球磨導致球磨介質和球磨罐中的元素引入目標粉末中造成污染，進而影響最終材料性能。最后，機械合金化得到的粉末加工硬化嚴重，且大多數是形狀不規則粉末、粉末流動性差，只能使用一些特殊方法如包套熱擠壓、包套熱等靜壓或放電等離子燒結成形，不能滿足激光熔覆成形技術對粉末的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備具有復雜形狀高熵合金的方法，旨在開發一種高效方法制備具有超細氧化物彌散相的高熵合金。