用于增材再制造的高熵合金粉末及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于增材再制造的高熵合金粉末及其制备方法，其原子表达式为Al

High entropy alloy powder for additive remanufacturing and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
用于增材再制造的高熵合金粉末及其制备方法
本专利技术属于高熵合金增材再制造
，具体涉及一种用于增材再制造的高熵合金粉末及其制备方法。
技术介绍
高熵合金是一种具有多种主元的高混合熵合金，具有高强度、高硬度、良好的塑性、优越的耐磨耐蚀性、较好的热稳定性和高抗氧化性等优异综合性能。目前，研究相对较多的还是高熵合金在涂层制备方面的应用，而近年来，高熵合金在增材再制造方面的应用研究也逐渐增多。然而，当前用于增材再制造的高熵合金粉体基本上均为机械混合的纯金属粉体，由于不同金属粉体熔点等物性的差异，会使得成形结构件/层中部分粉体未熔化或局部熔化而导致组织不均匀、成分偏析严重、固溶度偏低等缺陷，进而影响其综合性能。另外，现有的高熵合金粉末大多含有Fe元素和/或稀有金属。对于含有稀有金属的高熵合金粉末，由于稀有金属价格昂贵，导致成本较高，不适合工业化大规模应用，且大部分含有稀有金属的高熵合金塑性较差，不适合用于增材再制造（参见文献1）。对于含有Fe元素的高熵合金粉末，目前研究较多的主要是AlCoCrFeNi或CoCrFeMnNi系列，这两种系列用于增材再制造时，在保证塑性的情况下，大部分力学强度不理想（参见文献2和文献3）。而对于含有Fe元素的高熵合金粉末还存在一个问题：在増材再制造过程中，由于元素间的固溶扩散，高熵合金中的元素会固溶入基体，基体中的元素也会固溶入高熵合金，而Fe基体是増材再制造方面最常用的基体，若设计的高熵合金含有Fe元素，则会使得结合界面处高熵合金成分发生变化甚至引起相变，导致高熵合金综合性能受到大大影响。文献1：YaojiangZhao等，“Ahexagonalclose-packedhigh-entropyalloy：theeffectofentropy”，《Materials&Design》2016年第96期，第10-15页。文献2：ZhiguangZhu等，“HierarchicalmicrostructureandstrengtheningmechanismsofaCoCrFeNiMnhighentropyalloyadditivelymanufacturedbyselectivelasermelting”，《ScriptaMaterialia》2018年第154期，第20-24页。文献3：YevgeniBrif等，“Theuseofhigh-entropyalloysinadditivemanufacturing”，《ScriptaMaterialia》2015年第99期，第93-96页。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种成分均匀、流动性较好、氧含量较低、尤其是不含Fe元素和稀有金属的用于增材再制造的高熵合金粉末及其制备方法。实现本专利技术目的的技术方案是：一种用于增材再制造的高熵合金粉末，其原子表达式为Al0.4CoCu0.6NiSi0.2。上述用于增材再制造的高熵合金粉末的粒度区间为50～150μm。上述用于增材再制造的高熵合金粉末是采用气雾化快速凝固技术制备得到。上述用于增材再制造的高熵合金粉末的制备方法，具有以下步骤：①准备各金属的块体材料，并采用砂轮机去除各金属块体材料表面的杂质及氧化膜，再按照原子百分比进行配料。②将各金属块体材料按照熔点由低到高的顺序依次放入真空感应熔炼炉中，在氩气保护下进行真空感应熔炼。③将步骤②真空感应熔炼得到的金属液体直接采用气雾化快速凝固技术制得Al0.4CoCu0.6NiSi0.2高熵合金粉末。上述步骤③的气雾化快速凝固技术采用的气体压力为2～5MPa，气流速度为100～160mm/s，液流直径为5～10mm，气流喷射角控制为30～60°。本专利技术具有的积极效果：本专利技术通过大量试验设计得到一种不含Fe元素和稀有金属的高熵合金配方，结合气雾化快速凝固技术制得高熵合金粉末，该高熵合金粉末组织成分相对均匀，球形度较高，流动性较好，氧含量较低，出粉率较高，品质较好，具有“fcc+微量bcc”简单固溶体相结构，显微硬度较高，可应用于高熵合金增材再制造成形领域。附图说明图1为实施例1制得的Al0.4CoCu0.6NiSi0.2高熵合金粉末的SEM图；其中，a图为表面整体形貌SEM图，b图为粒径较大粉末颗粒表面形貌SEM图（局部放大图）。图2为实施例1制得的Al0.4CoCu0.6NiSi0.2高熵合金粉末质量累积分布与粒度的关系图。图3为实施例1制得的Al0.4CoCu0.6NiSi0.2高熵合金粉末在不同粒度区间下的XRD图。图4为实施例1制得的Al0.4CoCu0.6NiSi0.2高熵合金粉末在不同粒度区间下的显微硬度。图5为应用例1采用的“交错式”成形路径示意图。图6为应用例1制得的Al0.4CoCu0.6NiSi0.2高熵合金成形结构实物几何形貌。图7为应用例1制得的Al0.4CoCu0.6NiSi0.2高熵合金成形结构的XRD图。图8为应用例1制得的Al0.4CoCu0.6NiSi0.2高熵合金成形结构的室温拉伸工程应力应变曲线图。具体实施方式（实施例1）本实施例的用于增材再制造的高熵合金粉末的制备方法具有以下步骤：①将Al、Co、Cu、Ni、Si块体材料（纯度均≥99.9%）采用砂轮机去除金属原表面杂质及氧化膜，然后按照原子百分比Al0.4CoCu0.6NiSi0.2配料，总重为20kg。②将步骤①的各金属块体材料按照熔点由低到高的顺序依次放入真空感应熔炼炉中，并抽真空至真空度＜2.5×10-3MPa，然后充入氩气至压力为5×10-2Pa，在氩气保护条件下，通过感应线圈加热熔化合金开始熔炼，熔炼时间为30min，熔炼过程中引入电磁搅拌，以保证合金成分的均匀性。③通过雾化设备的紧耦合环缝式喷嘴通入氮气至压力为4MPa，气流速度为130mm/s，液流直径为8mm，气流喷射角控制为45°，将步骤②真空感应熔炼得到的金属液体直接采用气雾化快速凝固技术制得Al0.4CoCu0.6NiSi0.2高熵合金粉末。（测试例1）观察实施例1制得的Al0.4CoCu0.6NiSi0.2高熵合金粉末的SEM图，结果见图1。其中，a图为表面整体形貌SEM图，b图为粒径较大粉末颗粒表面形貌SEM图（局部放大图）。由图1中的a图可看出：本专利技术制得的高熵合金粉末颗粒较为均匀，基本上呈球状，球形度好，表明其具有较好的流动性。由图1中b图可以看出：粒径较大粉末颗粒表面存在卫星球，主要是由于粉末冷却速度不同而导致，粒径小的粉末冷却速率较高，而粒径大的粉末冷却速率相对较低，当较小的液滴已发生凝固时，大液滴可能还处于液态或半固态，这些已处于凝固状态的小颗粒在碰撞未凝固的大颗粒时可能会镶嵌在大颗粒表面。（测试例2）将实施例1制得的Al0.4CoCu0.6NiSi0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于增材再制造的高熵合金粉末，其原子表达式为Al

【技术特征摘要】
1.一种用于增材再制造的高熵合金粉末，其原子表达式为Al0.4CoCu0.6NiSi0.2。


2.根据权利要求1所述的用于增材再制造的高熵合金粉末，其特征在于：粒度区间为50～150μm。


3.根据权利要求1或2所述的用于增材再制造的高熵合金粉末，其特征在于：采用气雾化快速凝固技术制备得到。


4.一种权利要求1或2所述的用于增材再制造的高熵合金粉末的制备方法，具有以下步骤：
①准备各金属的块体材料，并采用砂轮机去除各金属块体材料表面的杂质...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓明，常青，陈永星，朱胜，赵阳，韩国峰，高雪松，杨柏俊，林鑫，杨海欧，肖猛，任智强，王文宇，李华莹，彭战武，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：北京;11