[發(fā)明專利]一種難熔高熵合金骨架-銅自發(fā)汗復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010909261.0
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112024902B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁紅瑜;唐佩堯;王凡;尹衍軍;關(guān)杰仁;陳超
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué);江蘇科技大學(xué)海洋裝備研究院
• 主分類號: B22F9/14
• 分類號: B22F9/14;B22F3/11;B22F3/26;C22C30/00;B33Y10/00;B33Y40/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張超

本發(fā)明公開了一種難熔高熵合金骨架?銅自發(fā)汗復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法將難熔高熵合金原料熔煉得到合金錠，將合金錠采用等離子體旋轉(zhuǎn)電極霧化方法制備難熔高熵合金粉末；將難熔高熵合金粉末通過電子束或激光選區(qū)熔化增材制造工藝形成預(yù)設(shè)的多孔骨架結(jié)構(gòu)；采用熔滲工藝在多孔骨架結(jié)構(gòu)中滲入金屬銅，從而獲得難熔高熵合金骨架?銅自發(fā)汗復(fù)合結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有自發(fā)汗特點，適合用在火箭發(fā)動機噴管喉襯，推力室噴注器面板、導(dǎo)彈彈頭鼻錐、電磁炮軌道等高溫部件上。本發(fā)明制備的復(fù)合結(jié)構(gòu)具有成形工藝簡單、孔隙率可根據(jù)實際需要方便地設(shè)計，調(diào)節(jié)，力學(xué)性能良好，能耐高溫，抗熱震等優(yōu)點，具有很高的實用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種難熔高熵合金骨架-銅自發(fā)汗復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)

隨著火箭，導(dǎo)彈熱端部件使用溫度越來越高，單一的材料無論其熔點多高，都不能滿足使用需求。自發(fā)汗結(jié)構(gòu)模擬人體散熱原理，在高溫下通過低熔點組分的氣化，蒸發(fā)帶走熱量，從而保持整體結(jié)構(gòu)不被破壞，是重要的部件之一。傳統(tǒng)的鎢-銅自發(fā)汗結(jié)構(gòu)采用粉末冶金-熔滲法制造，粉末冶金制造的鎢骨架通孔率只有80～90％，有部分在燒結(jié)過程中會形成閉孔，后期銅無法熔滲進去，降低了自發(fā)汗冷卻的效果，并且單質(zhì)鎢的力學(xué)性能不高，難以滿足復(fù)雜條件下的承載要求。

高熵合金是近十幾年來發(fā)展起來的一種多組元合金，合金中包含五種或五種以上元素，各元素所占原子百分比均在5～35％之間。這類合金與傳統(tǒng)以某一種或兩種元素為主要組成元素的合金在很多性質(zhì)方面有很大差別，表現(xiàn)出很多獨特的特點。例如，由W，Nb，Mo，Ta等難熔金屬組成的高熵合金具有熔點高，強度高，高溫相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐高溫氧化等性能特點，有望用在火箭，導(dǎo)彈等需要耐高溫的部件上。但目前高熵合金的制備方法，一般采用加熱熔煉或電化學(xué)沉積法制備，兩類制備方法對所選組元有較高的選擇性，設(shè)備昂貴且制備時間較長、能耗高，而且應(yīng)用領(lǐng)域仍有待進一步拓展。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明目的是提供一種難熔高熵合金骨架-銅自發(fā)汗復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，解決了傳統(tǒng)的鎢-銅自發(fā)汗結(jié)構(gòu)在燒結(jié)過程中會形成閉孔，降低了自發(fā)汗冷卻效果的問題；并且解決了單質(zhì)鎢的力學(xué)性能不高，難以滿足復(fù)雜條件下承載要求的問題。本發(fā)明結(jié)構(gòu)具有自發(fā)汗特點，適合用在火箭發(fā)動機噴管喉襯，推力室噴注器面板、導(dǎo)彈彈頭鼻錐、電磁炮軌道等高溫部件上。

技術(shù)方案：本發(fā)明一種難熔高熵合金骨架-銅自發(fā)汗復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將難熔高熵合金原料熔煉得到合金錠，將合金錠采用等離子體旋轉(zhuǎn)電極霧化方法制備難熔高熵合金粉末；

(2)將難熔高熵合金粉末通過電子束或激光選區(qū)熔化增材制造工藝形成預(yù)設(shè)的多孔骨架結(jié)構(gòu)；

(3)采用熔滲工藝在多孔骨架結(jié)構(gòu)中滲入金屬銅，從而獲得難熔高熵合金骨架-銅自發(fā)汗復(fù)合結(jié)構(gòu)。

進一步的，所述步驟(1)中等離子體旋轉(zhuǎn)電極霧化參數(shù)為：在惰性氣體保護下，電流1300～1700A，電極轉(zhuǎn)速15000～25000r/min。

進一步的，所述步驟(1)中難熔高熵合金粉末為TiVNbMoTaW難熔高熵合金粉末，按物質(zhì)的量百分比計，所述合金原料含量為：Ti 6.5～8％、V 7～8.5％、Nb 13.5～15％、Mo14～15.5％、Ta 27～28.5％，其余為W。

進一步的，所述步驟(1)中熔煉工藝為將原料Ti、V、Nb、Mo、Ta和W放入熔煉爐中，熔煉過程在高純氬氣保護下進行，充分熔化后反復(fù)重熔3～4次保證成分均勻，最后形成一個圓柱形合金錠。

進一步的，所述步驟(2)中多孔骨架為多面體結(jié)構(gòu)，所述多面體結(jié)構(gòu)的每個面上均設(shè)有呈縱橫排列的多個貫通孔。貫通孔有利于后期的銅熔滲，提升自發(fā)汗效果。

進一步的，所述步驟(2)激光選區(qū)熔化增材制造工藝中的基板表面進行黑漆處理。黑漆處理能提高基板對于激光的吸收率，增強基板與其上制造結(jié)構(gòu)間的結(jié)合力。