一种高熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高熵合金及其制备方法。所述高熵合金的制备方法包括：制备高熵合金球形粉末；采用激光增材制造工艺将所述高熵合金球形粉末成形，得到高熵合金，其中，所述激光增材制造工艺中所用送粉载气为氩氧混合气体。通过本发明专利技术提供的制备方法，可以制得含有序氧复合体的高熵合金，且由于用于形成有序氧复合体的供氧方式的不同，制得的高熵合金中氧化物分布更加均匀，进一步提高高熵合金的力学性能及耐辐照性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高熵合金及其制备方法
本专利技术涉及金属材料
，具体而言，涉及一种高熵合金及其制备方法。
技术介绍
研究发现，组织内部含有大量位错和晶格畸变的高熵合金能够表现出优异的力学性能和耐辐照性能。而在高熵合金中引入少量的有序氧复合体可以异常强化高熵合金，同时提高合金的强度和拉伸塑性。这种异常强化作用得益于有序氧复合体对高熵合金中位错的强烈钉扎作用，位错钉扎作用亦会提高合金的耐辐照性能。然而，现有技术中，包含有序氧复合体的高熵合金的制备仍局限于电弧熔炼合金锭阶段，其是在原材料中引入氧化物，然后采用电弧熔炼形成有序氧结构，但这种方式不可避免地造成合金内部成分偏析，影响成形件的综合性能，且只能制备小尺寸零件，难以制备成工业零部件。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是通过在原材料中引入氧化物制备包含有序氧复合体的高熵合金的方式易造成合金内部成分偏析，影响成形件性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种高熵合金的制备方法，包括：制备高熵合金球形粉末；采用激光增材制造工艺将所述高熵合金球形粉末成形，得到高熵合金，其中，所述激光增材制造工艺中所用送粉载气为氩氧混合气体。较优地，所述氩氧混合气体中，氧气的体积占比为1-20％。较优地，所述送粉载气的压力为0.08-0.25MPa，流量为2-10L/min。较优地，所述激光增材制造工艺的参数包括：所用激光功率为300-2000W，激光扫描速度为1-30mm/s，送粉率5-90g/min，所用保护气体的流量为5-30L/min，所述保护气体的压力为0.05-0.4Mpa。较优地，所述制备高熵合金球形粉末包括：通过电弧熔炼法将高熵合金原料得到高熵合金块体，将所述高熵合金块体经破碎、球磨、等离子球化得到所述高熵合金球形粉末。较优地，所述高熵合金原料包括Zr、Ti元素，还包括W、Ta、Hf、V、Cr、Co、Ni、Fe、Mn、Cu及Al中的至少一种，各元素的摩尔比为Zr：Ti：W：Ta：Hf：V：Cr：Co：Ni：Fe：Mn：Cu：Al为10-25：10-25：0-10：0-10：0-10：0-10：0-10：0-10：0-10：0-10：0-10：0-10：0-10。较优地，所述等离子球化的过程在等离子球化装置中进行，所述等离子球化装置的输出功率为40kW,送粉速度为50-180g/min，中央气和载气均为氩气，鞘流气为氩氢混合气，其中，所述中央气的流量为15-30L/min，所述载气的流量为2-4L/min，所述鞘流气的流量为50-70L/min。较优地，对所述高熵合金块体进行破碎、球磨包括：将所述高熵合金块体破碎成尺寸小于2mm的颗粒，得到高熵合金颗粒，将所述高熵合金颗粒置于不锈钢球磨罐中进行高能球磨，球磨时控制球料比为12-15:1，球磨时间为20-36h，球磨时转速为250-350rpm。较优地，所述高熵合金球形粉末的粒径为20-120μm。本专利技术还提供一种高熵合金，采用如上所述的高熵合金的制备方法制得，所述高熵合金中含有序氧复合体。本专利技术相较于现有技术具有的有益效果如下：本专利技术采用激光增材制造技术制备高熵合金，在增材制造过程中，通过在送粉载气中引入氧气的方式在高熵合金中引入氧化物，利用氧气与高熵合金中部分元素形成有序氧化合物，从而将有序氧结构引入高熵合金，使得本专利技术制得的高熵合金具有较优的力学性能及耐辐照性能。与现有技术中制备含有序氧结构的高熵合金的方法相比，本专利技术采用混合气送粉氧化的供氧方式更简单方便，且由于制粉阶段不含氧化物，各金属元素分布更均匀，在载气送氧阶段氧化物分布更均匀，从而得到组织结构上有序氧复合体分布均匀的高熵合金，应用上可以进行大尺寸构件的制备，且由于制备的高熵合金具有良好的耐辐照性能，可作为结构材料在辐照环境中应用。附图说明图1为本专利技术实施例1制得的高熵合金的金相图；图2为本专利技术实施例1制得的高熵合金经重离子辐照前后的形貌对比图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。本专利技术实施例提供一种高熵合金的制备方法，包括以下步骤：制备高熵合金球形粉末；采用激光增材制造工艺将高熵合金球形粉末成形，得到高熵合金，其中，激光增材制造工艺中所用送粉载气为氩氧混合气体。现有技术中已公开在高熵合金中引入少量的有序氧结构可以同时实现强度和塑性的提升。而在高熵合金中形成有序氧结构的方式一般是在原料中引入氧化物，然后通过电弧熔炼形成包含氧化物的合金锭，由于原料中含有氧化物，在熔炼过程中易出现成分偏析，从而得到成分不均的高熵合金粉末，降低成形件的力学性能和耐辐照性能。激光增材制造工艺是一种通过高功率激光融化同步输送的原料合金粉末，逐层堆积出零件，具有成形过程无需模具、材料利用率高、成本低等诸多优点。本实施例采用激光增材制备工艺制备高熵合金，并在制备过程中采用氧气与氩气共同送粉的方式引入氧，由于载气中含有氧气，在送粉过程中，载气中的氧气会选择性地与高熵合金中的元素发生氧化反应，形成有序氧复合体，而生成的有序氧复合体有助于提高制得的高熵合金的力学性能和耐辐照性能。且本实施例可以根据实际工件要求，直接制备特殊形状、结构的合金构件。与现有技术中在原料中引入氧化物的供氧方式相比，本实施例在激光增材制造工艺中引入氧的方式，一方面供氧方式简单方便，另一方面由于激光增材制造的原料是不含氧的高熵合金粉末，各金属元素分布更加均匀，不会发生成分偏析，后续通过载气引入氧气时，氧化物分布也比较均匀，从而在高熵合金内部形成分布均匀的有序氧复合体，以提高高熵合金的综合性能。通过本实施例提供的制备方法，可以制得含有序氧复合体的高熵合金，且由于供氧方式的不同，制得的高熵合金中有序氧复合体均匀分布，进一步提高高熵合金的力学性能及耐辐照性能。其中，激光增材制造工艺包括：根据需求，通过建模等方式设计增材制造形状、结构等，确定激光加工路径；将高熵合金球形粉末在送粉载气的作用下传送至基板表面，在惰性气体的保护下，采用激光增材制造工艺在设定的工艺参数下将高熵合金球形粉末成形，制得高熵合金。其中激光增材制造工艺的参数包括：所用激光功率为300-2000W，激光扫描速度为1-30mm/s；在送粉过程中，所用送粉载气为氩氧混合气体，其中氧气的体积占比为1-20％，载气流量为2-10L/min，载气压力为0.08-0.25Mpa，送粉率5-90g/min；在成形过程中，所用的保护气体为惰性气体，优选为氩气，保护气体的流量为5-30L/min，保护气体的压力为0.05-0.4MPa。现有技术中，激光增材制造工艺的载气一般均采用惰性气体，以保护粉末不被氧化，而本实施例中载气采用氧气与惰性气体的混合气体，利用载气中的氧气与高熵合金中的元素反应，形成有序氧复合体，通过增材制造最终制得含有有序氧复合体的高熵合金。为了便本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高熵合金的制备方法，其特征在于，包括：/n制备高熵合金球形粉末；/n采用激光增材制造工艺将所述高熵合金球形粉末成形，得到高熵合金，其中，所述激光增材制造工艺中所用送粉载气为氩氧混合气体。/n

【技术特征摘要】
1.一种高熵合金的制备方法，其特征在于，包括：
制备高熵合金球形粉末；
采用激光增材制造工艺将所述高熵合金球形粉末成形，得到高熵合金，其中，所述激光增材制造工艺中所用送粉载气为氩氧混合气体。


2.根据权利要求1所述的高熵合金的制备方法，其特征在于，所述氩氧混合气体中，氧气的体积占比为1-20％。


3.根据权利要求1所述的高熵合金的制备方法，其特征在于，所述送粉载气的压力为0.08-0.25MPa，流量为2-10L/min。


4.根据权利要求1所述的高熵合金的制备方法，其特征在于，所述激光增材制造工艺的参数包括：所用激光功率为300-2000W，激光扫描速度为1-30mm/s，送粉率5-90g/min，所用保护气体的流量为5-30L/min，所述保护气体的压力为0.05-0.4Mpa。


5.根据权利要求1所述的高熵合金的制备方法，其特征在于，所述制备高熵合金球形粉末包括：通过电弧熔炼法将高熵合金原料得到高熵合金块体，将所述高熵合金块体经破碎、球磨、等离子球化得到所述高熵合金球形粉末。


6.根据权利要求5所述的高熵合金的制备方法，其特征在于，所述高熵合金原料包括Zr、Ti元素，还包括W、Ta、Hf、V、Cr、Co、Ni、Fe、Mn、Cu及Al中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立佳，毕贵军，卢隆星，张理，郭震，韩冰，
申请(专利权)人：广东省科学院智能制造研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44