一种含碳高熵合金复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含碳高熵合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备高熵预合金粉；高熵预合金粉中由Fe、Co、Cr、Ni和Mn中的至少四种金属元素和C元素组成；(2)对高熵预合金粉进行选区激光熔化成型，并将成型后的零件进行后续热处理，即得到含碳高熵合金。本发明专利技术采用FeCoCrNi等塑性优异的高熵合金作为基体，能够保证在选区激光熔化成型后，依然具有较好的塑性；同时引入间隙元素C，通过固溶强化显著提高了基体的屈服强度以及极限强度；选区激光熔化过程中的过冷度很高，间隙元素C均匀地固溶到基体内，无粗大的碳化物偏聚析出，从而保证了材料的塑性。本发明专利技术的制备方法过程中采用选区激光熔化的方式得到高致密度(＞99％)的产品。

Preparation method of carbon containing high entropy alloy composite

The invention discloses a preparation method of carbon containing high entropy alloy composite material, including the following steps: (1) preparing high entropy prealloy powder; high entropy prealloy powder consists of at least four metal elements and C elements in Fe, Co, Cr, Ni and Mn; (2) high entropy pre alloy powder is made by laser melting molding, and the parts are formed. The high entropy alloy containing carbon can be obtained after subsequent heat treatment. In this invention, the high entropy alloy with excellent FeCoCrNi and other plastic properties is used as the matrix, which can guarantee the good plasticity after the laser melting and forming of the selected area, and the gap element C is introduced to improve the yield strength and ultimate strength of the matrix by solid solution strengthening, and the supercooling degree in the process of selective laser melting is very high. The interstitial element C is uniformly dissolved in the matrix without the segregation of coarse carbides, thus ensuring the plasticity of the material. In the preparation process of the invention, the product with high density (> 99%) is obtained by selective laser melting.

【技术实现步骤摘要】
一种含碳高熵合金复合材料的制备方法
本专利技术属于合金领域，尤其涉及一种采用激光选区熔化技术制备含碳高熵合金复合材料的方法。
技术介绍
高熵合金是指至少四元及以上的过渡族合金元素以等摩尔或者接近等摩尔比例组合在一起的合金。尽管高熵合金的组成比较复杂，但可以形成单相的过饱和固溶体。高熵合金具有良好的机械性能、耐腐蚀性能和抗氧化性能。向高熵合金中添加间隙碳元素，是一种强化高熵合金的好方法。目前，高熵合金主要采用真空电弧熔炼等方法制备。然而熔炼本身冷却速度较低，含碳高熵合金内粗大的硬质碳化物容易在晶界处偏析，损伤材料的力学性能。而且熔铸不易成形复杂结构的零件，不利于高熵合金一些实际应用需求。为了能将含碳高熵合金更好的应用到工程中，研究增材制造方法制备复杂形状、组织均一的含碳高熵合金零件尤为重要。选区激光熔化作为增材制造的方式之一，不仅能够制造形状非常复杂的工件，克服了材料加工难与材料利用率低等问题；并且，由于选区激光熔化过程具有冷速高的特点，采用该技术制备的材料组织细小均一、材料内元素分布均匀、机械性能良好。选区激光熔化制备的材料具有复杂的形状，所以能采用的强化方式有限。有研究者通过热等静压闭合选择性激光熔融样品内的微裂纹与微孔隙，从而进一步提高选区激光熔化样品的力学性能。但采用热等静压改善样品性能的过程增大了产业能耗，降低了产品的精度，削弱了选区激光熔化的工程意义。针对选区激光熔化零件后续强化困难的问题，寻求一种低成本、适用于选区激光熔化后续强化的高熵合金，探索高熵合金激光选区熔融技术的打印及热处理工艺，进一步提高材料机械性能是本领域技术人员亟待解决的问题。专利
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种采用激光选区熔化技术制备含碳高熵合金的方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：提供一种含碳高熵合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备高熵预合金粉；高熵预合金粉中由Fe、Co、Cr、Ni和Mn中的至少四种金属元素和C元素组成；(2)对高熵预合金粉进行选区激光熔化成型，并将成型后的零件进行后续热处理，即得到含碳高熵合金。上述的制备方法，优选的，高熵预合金粉中碳原子的摩尔百分含量不高于5％。上述的制备方法，优选的，高熵预合金粉中碳原子的摩尔百分含量为1-4％。上述的制备方法，优选的，以金属单质和金属碳化物为原料制备高熵预合金粉。上述的制备方法，优选的，所述金属单质选自单质Fe、Co、Cr、Ni、Mn中的至少四种；所述金属碳化物选自碳化铬、渗碳体、碳化镍中的一种。上述的制备方法，优选的，所述热处理包括退火，退火后进行析出强化。上述的制备方法，优选的，所述退火的条件为：将零件在1～2h内升温至350～450℃，保温2～5h，在真空度高于9×10-3Pa的条件下，随炉冷却至100℃以下。上述的制备方法，优选的，所述析出强化的条件为：将零件升温至800～1000℃，保温15min～50min，取出零件，空冷至室温。上述的制备方法，优选的，扫描采用棋盘式逐层扫描；逐层扫描时偏转角度，偏转角为50～70°。上述的制备方法，优选的，选区激光熔化的工艺条件为：扫描激光功率为300～400W，扫描速度600～2000mm/s，光斑直径为70～100μm，扫描间距90～130μm，铺粉层厚为30～50μm。上述的制备方法，优选的，选区激光熔化时，腔室内氧含量低于2000ppm，腔室内压力为30～40mbar；基板预热温度为100℃。上述的制备方法，优选的，具体包括以下步骤：(1)取金属碳化物和金属单质作为原料，制备成高熵预合金粉；(2)在计算机上建立待制备零件的三维模型，并导入到选区激光熔化的成型设备中，并设置成型工艺参数；(3)将步骤(1)制备的高熵预合金粉置于选区激光熔化成型设备中的供粉缸里，并向工作腔内通入惰性气体，对金属基板预热；(4)进行选区激光熔化成型，并将成型后的零件进行退火和析出强化。上述的制备方法，优选的，制备成高熵预合金粉的方法为气体雾化法、离心雾化法和球化法中的一种。上述的制备方法，优选的，制备得到的高熵预合金粉末粒度为15～45μm。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术采用FeCoCrNi等塑性优异的高熵合金作为基体，能够保证在选区激光熔化成型后，依然具有较好的塑性；同时引入间隙元素C，通过固溶强化显著提高了基体的屈服强度以及极限强度；选区激光熔化过程中的过冷度很高，间隙元素C均匀地固溶到基体内，无粗大的碳化物偏聚析出，从而保证了材料的塑性。(2)本专利技术的制备方法过程中采用选区激光熔化的方式得到高致密度(＞99％)的产品，适用于成型形状复杂的零件；成型后的零件无需机械加工，材料利用率高，成型速度快。(3)本专利技术的含碳高熵合金不同于其他的双相或者多相高熵合金，其成型后的组织中，第二相已经具备一定的初始尺寸，无法使其缩小；本专利技术通过选区激光熔化的方式制备的含碳高熵合金，其内部的碳元素分布均匀，无碳化物析出。因此本专利技术通过析出强化热处理，能够有效控制金属间化合物的尺度，析出纳米级的碳化合物，有效的提升材料本身的强度，又几乎不损失塑性。(4)因为大部分金属能够与间隙元素C结合，形成碳化合物强化相，所以这是一种普适性的强化方式，可以广泛的应用于强化选区激光熔化制备的高熵合金，所以该专利技术具有重大的意义和价值。附图说明图1是本专利技术实施例1制备高熵合金复合材料的实物图。图2是本专利技术实施例1制备高熵合金复合材料的拉伸实验曲线图。图3是本专利技术实施例1制备的高熵合金复合材料的碳元素分布分析的图片。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文专利技术做更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。实施例1：本专利技术提供了一种含碳高熵合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)选取Fe、Co、Cr、Ni金属单质以及碳化铬作为原料，复合材料中Fe、Cr、Ni、Co、C的原子比为1：1：1：1：0.05，采用气雾化法制备高熵预合金粉；其中，合金元素粉中除少量不可避免的杂质氧元素外不含其它杂质，原料中不含除Fe、Co、Cr、Ni、C以外的其他元素成分；高熵预合金粉粉末粒径范围15～55μm，D50控制在45μm；(2)在计算机上建立零件三维模型，规划构件扫描路径，扫描采用棋盘式逐层扫描；逐层扫描时偏转角度，偏转角为65°；(3)采用选区激光熔化的工艺成型：扫描激光功率为400W，扫描速度800mm/s，光斑直径为90μm，扫描间距120μm，铺粉层厚为50μm；(4)采用的惰性气体为氩气，设备采用直接通入氩气与气体循环相结合的方式，将腔室内的氧含量降低至2000ppm一下，腔室内压力为30mbar；(5)将基板进行预热，预热温度为100℃，基板预热完成后再通过手动铺粉在基板上平铺一层厚度为40μm的高熵预合金粉末；(6)零件成型后，炉冷至室温，将零件取出，进行去应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含碳高熵合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备高熵预合金粉；高熵预合金粉中由Fe、Co、Cr、Ni和Mn中的至少四种金属元素和C元素组成；(2)对高熵预合金粉进行选区激光熔化成型，并将成型后的零件进行后续热处理，即得到含碳高熵合金。

【技术特征摘要】
1.一种含碳高熵合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备高熵预合金粉；高熵预合金粉中由Fe、Co、Cr、Ni和Mn中的至少四种金属元素和C元素组成；(2)对高熵预合金粉进行选区激光熔化成型，并将成型后的零件进行后续热处理，即得到含碳高熵合金。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，高熵预合金粉中碳原子的摩尔百分含量不高于5％。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，高熵预合金粉中碳原子的摩尔百分含量为1-4％。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以金属单质和金属碳化物为原料制备高熵预合金粉。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属单质选自单质Fe、Co、Cr、Ni、Mn中的至少四种；所述金属碳化物选自碳化铬、渗碳体、碳化镍中的一种。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理包括退火，退火后进行析出强化。7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述退火的条件为：将零件在1～2h内升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘咏，周睿，刘彬，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43