[發(fā)明專利]一種適合3DP打印技術(shù)的低密度雙相高熵合金粉體及其制備方法

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• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112692275A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱德智;劉是文;鄭振興;劉一雄;陳維平;李小強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F9/04;C22C30/00;C22C30/02;B33Y70/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種適合3DP打印技術(shù)的低密度雙相高熵合金粉體及其制備方法。該合金粉體按照摩爾比來計(jì)，包括：0?30％的Al；0?30％的Ti；0?20％的V；0?20％的Cr；0?30％的Mg；0?20％的Ni；0?20％的Cu；0?30％的Si；0?30％的B。該方法包括：將上述元素粉末混勻，得到混合粉末；球磨，在真空下進(jìn)行篩分，取粒度為10?100μm粉體，得到適合3DP打印技術(shù)的低密度雙相高熵合金粉體。本發(fā)明的高熵合金材料具有FCC/BCC或FCC/HCP的雙相結(jié)構(gòu)，具有高強(qiáng)度與高硬度，還兼具FCC結(jié)構(gòu)良好的塑性，適合3DP打印使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適合3DP打印技術(shù)的低密度雙相高熵合金粉體及其制備方法。

背景技術(shù)

高熵合金材料是近十年來涌現(xiàn)出來的一類新型合金材料，其具有高強(qiáng)、高硬、耐高溫、耐磨損以及其它功能特性，成為了國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

在高熵合金體系研究方面：現(xiàn)有關(guān)于高熵合金體系的研究主要集中于Co、Cr、Fe、Ni、Mn等過渡族金屬元素和一些較高熔點(diǎn)的金屬元素如Ta、Mo、Hf、Nb等，合金密度較高，一般在8.0g/cm³以上。低密度高熵合金的主要元素包括Al、Ti、Mg、Li、Sn、Li、Be以及非金屬的Si、B、C、N等元素，該類型高熵合金質(zhì)量輕、潛在應(yīng)用前景十分顯著。同時(shí)，在高熵合金相結(jié)構(gòu)研究方面：早期關(guān)于高熵合金的相結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與合成主要集中在簡單固溶體相方面。具有FCC結(jié)構(gòu)的高熵合金固溶體具有良好的塑性，但強(qiáng)度和硬度相對較低；具有BCC結(jié)構(gòu)的高熵合金強(qiáng)度和硬度更高，但塑性較差。而雙相(FCC+BCC)高熵合金可同時(shí)獲得高強(qiáng)度、高硬度以及一定塑性的良好綜合力學(xué)性能，是當(dāng)前的主要研究方向。

此外，在高熵合金的3D打印成形技術(shù)研究方面：目前關(guān)于高熵合金的3D打印成形技術(shù)主要集中在SLM和SLS等激光成形技術(shù)方面，屬于高能液相成形技術(shù)，主要用于制備高密度、高熔點(diǎn)以及耐高溫的高熵合金體系材料。3DP打印成形技術(shù)屬于粘結(jié)-固態(tài)燒結(jié)成形技術(shù)體系，主要包括金屬粉體生坯的3DP打印成形和生坯的高溫?zé)Y(jié)成形兩個工藝步驟，其工藝原理特別適合低密度雙相高熵合金的3DP打印成形。在適合3DP(或3D)打印的高熵合金粉末及其加工技術(shù)方面，國內(nèi)外應(yīng)用比較成熟的是高密度高熔點(diǎn)的FeCoNi系高熵合金預(yù)合金粉末，采用的是真空熔鑄+噴霧法(或電子束熔化+噴射)的技術(shù)方案，可參照文獻(xiàn)(KexuanZhou,Junjie Li,Lilin Wang,Haiou Yang,Zhijun Wang,Jincheng Wang.Direct laserdeposited bulk CoCrFeNiNbx high entropy alloys.Intermetallics 114(2019)106592.)和文獻(xiàn)(牛朋達(dá)，李瑞迪，袁鐵錘，王敏卜，劉詠.增材制造高熵合金研究進(jìn)展.精密成形工程.2019,11(4):51-57)。上述方案制備的FeCoNi系高熵合金預(yù)合金粉末顆粒圓度好，顆粒流動性好；但是，該方案需要真空系統(tǒng)及專用設(shè)備，其制造成本高、制粉時(shí)間長、效率低。另外，采用熔鑄法制錠也不適合低密度的高熵合金體系，容易導(dǎo)致低熔點(diǎn)合金燒損，無法獲得設(shè)定的原子比的低密度高熵合金粉末材料。

目前，國內(nèi)外還沒有開發(fā)出低成本且適合于3DP打印技術(shù)的高熵合金粉末及其制備技術(shù)。因此，開發(fā)一種適合于3DP打印成形的且具有雙相結(jié)構(gòu)的低密度高熵合金粉末材料對該類材料的3DP打印技術(shù)的推廣應(yīng)用具有引領(lǐng)意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種適合3DP打印技術(shù)的低密度雙相高熵合金粉體及其制備方法。

本發(fā)明的首要目的在于提供一種低密度雙相高熵合金的粉體材料，該粉體材料具有低密度(3.5～5.43g/cm³)和雙相((FCC/BCC，F(xiàn)CC/HCP))特征、顆粒粒徑分布為10-100μm且流動性好，適合粉末粘接-燒結(jié)3DP打印成形技術(shù)使用。