[發明專利]3D打印用高熵合金粉末及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110097938.X
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112899549A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 劉芯宇;盧東;劉永勝;吳旺
• 申請（專利權）人: 成都先進金屬材料產業技術研究院股份有限公司
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;B22F9/08;B22F1/00;B22F10/28;B33Y70/10
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 張小麗

本發明屬于粉末冶金和3D打印技術領域，具體涉及3D打印用高熵合金粉末及其制備方法和應用。本發明所要解決的技術問題是提供3D打印用高熵合金粉末及其制備方法和應用。該高熵合金粉末，組分按原子質量百分比計：Cr：0.2?16.6％，Mn：0.2?16.6％，Fe：0.2?16.6％，Co：0.2?16.6％，Ni：0.2?16.6％，Mo：0.2?16.6％，余量為金屬基陶瓷相金屬元素。制備方法包括真空熔煉、脫氧處理、凈化熔體、霧化制粉。該高熵合金粉末能實現高強度、高硬度和高耐磨零件的3D打印。

技術領域

本發明屬于粉末冶金和3D打印技術領域，具體地，涉及3D打印用高熵合金粉末及其制備方法和應用。

背景技術

3D打印(增材制造)技術是一種基于材料逐層堆積的新型制造技術。該技術將復雜的三維加工轉變為簡單的二維加工，最大限度的提高零件設計自由度，使設計者能著重考慮功能的實現，而減少零件加工方面對零件設計的限制，從而能最大限度的實現產品的功能。該技術適應于當前的個性化、小批量生產，較多應用在產品研發階段的樣件試制階段。隨著金屬3D打印技術的日益成熟，3D打印制備高性能金屬材料得到不斷發展和應用。現在市場上成熟的3D打印用金屬有AlSi10Mg，TC4，CpTi，IN718，316L等。近年來，一些研究機構和大學開始研究更多的金屬材料用于3D打印，如Zr基非晶合金、TiAl等，但還沒有達到實用化階段，且相比較傳統合金，品種仍然十分有限。另一方面，由于3D打印工藝的特殊性，其成形的材料強度和硬度分散性大，如3D System公司的maraging steel鐵基粉末采用選擇性激光熔化成形加工制備的零件硬度為37HRC，經熱處理后硬度可達到56HRC，拉伸強度達到1100MPa，斷裂伸長率約為7％；即便如此，材料的性能在XY方向與Z方向卻有顯著差異，其拉伸強度差值可達到600MPa。由于3D打印的零件存在孔隙且各部位質量不均，大大限制了3D打印在工業領域的應用。近年來，一些研究人員采用3D打印成形微量陶瓷與高熵合金基體的復合材料，利用陶瓷相增強金屬的強度、硬度和耐磨性，在模具領域顯現出良好應用前景。但是，這種工藝使用機械力混合兩種材料，容易產生成分與粒徑分布不均的問題，導致3D打印制品性能的不均勻和不穩定性。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是提供3D打印用高熵合金粉末，所述3D打印用高熵合金粉末組分按原子質量百分比計，包括：Cr：0.2-16.6％，Mn：0.2-16.6％，Fe：0.2-16.6％，Co：0.2-16.6％，Ni：0.2-16.6％，Mo：0.2-16.6％，余量為金屬基陶瓷相金屬元素。

優選的，所述3D打印用高熵合金粉末組分按原子質量百分比計，包括：Cr：10-16.6％，Mn：10-16.6％，Fe：10-16.6％，Co：10-16.6％，Ni：10-16.6％，Mo：10-16.6％，余量為金屬基陶瓷相金屬元素。

其中，所述金屬基陶瓷相金屬元素為Zr、Al、Be、Mg、Y、Zn、Ti、B、Ba或Ta中的至少一種。

其中，所述金屬基陶瓷相金屬元素來自金屬基陶瓷相顆粒和/或純元素。

其中，所述金屬基陶瓷相顆粒為碳化金屬化合物、氮化金屬化合物、金屬氧化物或硅化金屬化合物中至少一種。

本發明所要解決的第二個技術問題是提供上述3D打印用高熵合金粉末的制備方法，包括以下步驟：

(1)真空熔煉：原料按比例混合后進行真空感應熔煉，得到熔體；

(2)脫氧處理：對熔體進行脫氧處理；

(3)凈化熔體：將脫氧處理后的熔體進行凈化；

(4)霧化制粉：將凈化好的熔體進行氣霧化，噴射沉積即得高熵合金粉末。

其中，上述3D打印用高熵合金粉末的制備方法中，所述步驟(1)中，真空度為15～200Pa，熔化時先用70％～80％功率供電加熱，待電流沖擊停止后以60～80kW全功率供電。