[發明專利]一種梯度結構高熵合金的冷軋復合激光增材制造工藝方法

有效

• 申請號: 202011099983.0
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112222413B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 陳潔;張博弘;曹宇;劉文文;孫兵濤
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: B22F7/08
• 分類號: B22F7/08;B22F3/105;C22C30/00;C22C1/02;C22F1/00;B21J5/00;B21B1/38;B33Y10/00
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 陳孝政

本發明提供了一種梯度結構高熵合金的冷軋復合激光增材制造工藝方法，按照以下步驟進行：首先按照高熵合金設定的化學成分，在高純氬氣氣氛下，采用真空感應熔煉工藝制備高熵合金鑄錠，并對該鑄錠進行均勻化退火、熱鍛和冷軋，最后采用選區激光熔化技術，選用預合金化的高熵合金粉末作為原材料，在軋制后的板坯上直接進行激光增材制造。由于高熵合金具有遲滯擴散效應以及沉積態高熵合金的晶粒尺寸為微米級，即冷軋板的晶粒尺寸相對細小，而增材板的晶粒尺寸相對粗大，最終形成梯度結構。由于幾何必須位錯產生的較強的背應力強化作用以及粗晶層具備較強的加工硬化能力，所以本發明制備的梯度結構高熵合金具有優良的強度和塑性。

技術領域

本發明屬于金屬材料增材制造技術領域，特別涉及一種梯度結構高熵合金的冷軋復合激光增材制造工藝方法。

背景技術

增材制造技術具有短流程、材料利用率高等特點，目前已經被應用于航空航天、汽車零部件制造、生物醫學等領域，并在復雜構件的制備方面展示出廣闊的應用前景。但是，增材制造技術存在沉積態金屬力學性能不足的瓶頸難題。也就是說，與塑性變形+熱處理后的高熵合金相比，激光增材制造高熵合金的力學性能相對較差。

為此，很多專利申請者提出了基于軋制的復合增材制造技術、基于噴丸的復合增材制造技術、基于激光輔助的復合增材制造技術等，用于改善沉積態金屬的力學性能。申請號為201810528056.2的專利提出一種逐層軋制激光立體成型零件的裝置和方法，即對沉積金屬進行逐層冷軋或者熱軋，利用輥輪軋制力細化晶粒、增加位錯，從而提高激光立體成型制件的力學性能；申請號為201911146571.5的專利提出一種電弧增材與激光輔助熱塑性成形復合制造裝置和方法，利用激光對沉積層表面進行加熱，隨后通過軋輥或沖擊工具頭對材料施加塑性變形，從而細化晶粒、改善微觀組織，提高零件的綜合力學性能。

但是，沉積層間軋制等塑性變形的變形量較小，且沉積層間冷軋降低了材料的塑性并加劇了裂紋傾向，所以現有的復合增材制造技術可以將枝晶轉變為等軸晶，即改善了材料的各向異性，但是金屬材料力學性能的提升幅度有限。因此，一種能夠顯著改善激光增材制造高熵合金力學性能的工藝方法亟待提出。

發明內容

本發明基于冷軋提高金屬材料強度以及梯度結構可以改變傳統金屬材料強度與塑性不可兼得的原理，提供一種梯度結構高熵合金的冷軋復合激光增材制造工藝方法，進而改善激光增材制造高熵合金的強度和塑性。

為了達到以上目的，本發明的技術方案為：

一種梯度結構高熵合金的冷軋復合激光增材制造工藝方法，按照以下步驟進行：

(1)按照高熵合金設定的化學成分，在高純氬氣氣氛下，采用真空感應熔煉工藝制備高熵合金鑄錠；

(2)對高熵合金鑄錠進行均勻化退火熱處理，均勻化退火保溫溫度為1000～1250℃，均勻化退火保溫時間為8～30h；

(3)將經過均勻化退火熱處理后的高熵合金鑄錠熱鍛成板坯，鍛造溫度為1080～1140℃；

(4)板坯在室溫下進行軋制，道次壓下量為0.3～3mm，總壓下率≥82％；

(5)采用選區激光熔化技術，選用預合金化的高熵合金粉末作為原材料，在軋制后的板坯上直接進行激光增材制造，光斑直徑為50～100μm，層厚為40～90μm，激光功率為170～325W，掃描速率為750～2000mm/s，搭接率為15～50％，保護氣為氬氣。

優選的，步驟(1)中需要反復熔煉4～7次。

優選的，步驟(2)中所述的均勻化退火保溫后采用水冷的冷卻方式。

優選的，步驟(3)中高熵合金鑄錠熱鍛前加熱溫度為1200±20℃，保溫時間2h。

優選的，步驟(4)中冷軋后高熵合金的厚度為2～5mm，并對冷軋后的高熵合金進行表面機械研磨處理。