[發明專利]一種高熵合金構件及其制作方法

在審

• 申請號: 202011149464.0
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112267056A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 郭明海;劉斌;李廣生;李澄
• 申請（專利權）人: 鑫精合激光科技發展（北京）有限公司
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;B22F10/28;B22F10/32;B22F3/11;B33Y10/00;B33Y70/00;B33Y80/00
• 代理公司: 北京知迪知識產權代理有限公司 11628
• 代理人: 付珍;王勝利

本發明公開一種高熵合金構件及其制作方法，涉及高熵合金技術領域，以避免高熵合金成分偏析的問題。該高熵合金構件的制作方法包括：提供一基板；在基板上鋪設金屬粉末，金屬粉末包括原子比為a：b：c：d：e的Al、Co、Cr、Fe以及Ni，0＜a≤1.2，b＝c＝d＝e＝1；采用激光選區熔化工藝對金屬粉末進行熔化成型處理，獲得高熵合金構件。本發明提供的一種高熵合金構件及其制作方法用于高熵合金構件的制作。

技術領域

本發明涉及高熵合金技術領域，尤其涉及一種高熵合金構件及其制作方法。

背景技術

高熵合金含有四種及以上組分，且原子比例接近。從熱力學方面分析，其具有很高的熵值，導致其合金結構為穩定的面心立方(FCC)和體心立方(BCC)，是傳統多元合金所無法比擬的。在結構上具有晶格畸變效應，在動力學上具有原子遲滯擴散效應，所以容易獲得熱穩定性高的簡單固溶體。基于此，高熵合金具有普遍高的腐蝕電位，耐腐蝕，高的熱穩定性，耐高溫軟化，耐高溫氧化，高的強度和硬度，良好的耐磨性，較高的加工硬化性能和高電阻率等優異性能。這些高性能，致使高熵合金在高速切削刀具、高爾夫球頭打擊面、油壓氣壓桿、鋼管和輥壓筒的硬面；以及化學工廠、船舶、高速鐵路等領域的耐蝕件，電熱材料的IC擴散阻絕層，微機電加工原件等工業領域具有廣闊的應用前景。

目前，制備高熵合金構件的方法主要有真空電弧熔煉等。但是真空電弧熔煉無法解決高熵合金成分偏析的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高熵合金構件及其制作方法，以避免高熵合金成分偏析的問題。

第一方面，本發明提供一種高熵合金構件的制作方法。該高熵合金構件的制作方法包括：

提供一基板；

在基板上鋪設金屬粉末，金屬粉末包括原子比為a：b：c：d：e的Al、Co、Cr、Fe以及Ni，0＜a≤1.2，b＝c＝d＝e＝1；

采用激光選區熔化工藝對金屬粉末進行熔化成型處理，獲得高熵合金構件。

與現有技術相比，采用激光選區熔化工藝成型高熵合金構件的過程中，按原子比例混合的金屬粉末被平推鋪設到基板上，高能激光束快速高效熔化金屬粉末并快速凝固成型。由于按原子比例混合的金屬粉末被平推鋪設到基板上，因此，可以避免利用氣流等載體輸送金屬粉末的過程中，金屬粉末中各組分在重力作用下發生偏析的問題。高能激光束使金屬粉末快速高效熔化并快速凝固，一方面可以在快速凝固的非平衡溶質截留效應的作用下，使金屬粉末熔融形成的金屬液中的原子出現再分布的現象，從而通過原子擴散運動促使金屬液中的各組分原子在微熔池內混合，削弱偏析現象。另一方面，金屬粉末快速高效熔化并快速凝固，可以在快速凝固的非平衡效應作用下使成型的高熵合金構件組織細化，使得高熵合金構件具有較小的晶粒度和較高的組織致密度。當高熵合金構件的晶粒度較小時，出現偏析的晶粒對整體高熵合金構件的影響很小，此時，偏析現象可以忽略。由大量晶粒構成的高熵合金構件，偏析現象成點狀分布在各個晶粒內，從整體上來看，高熵合金構件成分均勻分布，可以避免成分偏析問題。

另外，激光選區熔化工藝成型高熵合金構件時，加工層的層厚為微米級，高能激光束在微米級層厚的金屬粉末層上形成較小的微熔池。與傳統的鑄造工藝、冶金工藝制作高熵合金構件時，形成的較大尺寸的熔池相比，尺寸較小的微熔池可以避免組分聚集導致的偏析和成分不均勻的問題。并且，在高能激光束的熱能沖擊下，可以促使熔池內的各組分均勻混合，從而削弱偏析現象。

在一些可能的實現方式中，當0＜a≤0.5，高熵合金構件具有面心結構固溶體；當0.5＜a≤0.8，高熵合金構件具有面心結構固溶體和體心結構固溶體；當0.8＜a≤1.2，高熵合金構件具有體心結構固溶體。