一种通过增材制造成形含有高熵合金的复杂形状结构件制造技术

本发明专利技术公开一种通过增材制造成形含有高熵合金的复杂形状结构件，属于金属增材制造以及表面改性的技术领域。增材制造成形包括同轴送粉激光熔覆、选区激光熔化、电子束熔化等快速熔化成形方式，其是通过利用气雾化制粉获得合金粉体，该合金粉体的化学成分为Al、Co、Cr、Fe、Ni，合金原子比为(0.1

【技术实现步骤摘要】
一种通过增材制造成形含有高熵合金的复杂形状结构件


[0001]本专利技术属于金属增材制造以及表面改性的
，涉及一种通过增材制造成形含有高熵合金的复杂形状结构件。

技术介绍

[0002]高熵合金突破了传统合金设计理念，主要包含五种或五种以上组元，且每种元素原子比在5％
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35％之间。合金呈现多主元高熵效应，形成简单的固溶体结构，具有优异的综合性能，近年来成为材料科学领域的研究热点之一。
[0003]目前，高熵合金主要采用真空电弧熔炼和熔铸等方法制备，不仅只能制备简单形状的结构件，而且高熵合金中含有多种主要元素且元素间的熔点及物化属性差异较大，故而在铸造高熵合金的过程中往往会引入成分偏析、残余应力和空隙等缺陷，不利于高熵合金在复杂形状结构件的应用。
[0004]而现有的通过增材制造得到的高熵合金复杂形状的材料虽然有很多，但是其中大多数是先增材制造得到坯料，然后烧结得到产品，并非增材制造直接得到产品；很少想到将增材制造应用于需要提高非同种材料表面性能的涂层制备和非同种材料表面结构缺陷的修复。
[0005]且高熵合金涂层现在多采用激光熔覆、冷喷涂、热喷涂、电火花沉积、等离子喷涂
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物理气相沉积和磁控溅射等方法制备，而这些方法会导致涂层厚度难以精准控制，激光熔覆中采用的高熵合金粉末多为电弧熔炼制备的高熵合金锭破碎筛选得到，且是作为高熵合金料浆涂覆到工件表面，其中的有机溶剂会对高熵合金涂层的形成的性能的表达造成阻碍。
[0006]例如：中国专利CN113621958A公开了一种铜表面激光熔覆高熵合金涂层的方法，其中不仅高熵合金粉末的来源为电弧熔炼得到的高熵合金锭破碎筛分，合金成分并非高熵合金AlCoCrFeNi，而且需要加入粘结剂制备成糊状涂覆到铜工件表面，粘结剂会对高熵合金涂层的组织结构和性能产生负面影响。
[0007]中国专利CN113430513A公开了一种镁合金表面冷喷涂高熵合金涂层的制备方法，其中的合金成分也不是高熵合金AlCoCrFeNi，采用的方式为气雾化粉末的冷喷涂，不能很好的实现非同种材料表面结构缺陷的修复，涂层也不均匀。
[0008]中国专利CN 112195463 A公开了一种激光熔覆AlCoCrFeNi/NbC梯度高熵合金涂层材料及方法，其中的涂层分为三层，涂层中需要含有各自的NbC强化相，粉末来源为Al粉、Co粉、Cr粉、Fe粉、Ni粉、NbC粉，可见在激光熔覆的过程中还需要形成高熵合金，而非直接使用高熵合金粉末，涂层质量差，高熵合金涂层的性能得不到有效表达，不利于工业大规模生产。
[0009]综上，为了解决上述技术缺陷，需要开发一种通过增材制造成形含有高熵合金的复杂形状结构件，其中的高熵合金涂层的性能可以得到高效表达，适用于修复基体材料表面结构缺陷。

技术实现思路

[0010]本专利技术解决的技术问题是现有的结构件表面结构缺陷修复利用的是与基体材料相同的成分和组织结构，并没有想到利用高熵合金来修复，且非高熵合金修复只限于简单形状的结构件，对复杂形状的结构件难以进行；所制备的高熵合金涂层也不适用于修复基体材料表面结构缺陷，而是为了提高没有表面结构缺陷的基体材料的表面性能；所制备的高熵合金涂层厚度也不均匀，涂层也不致密，结合强度低，精度差。
[0011]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0012]一种通过增材制造成形高熵合金的复杂形状结构件，包括如下步骤：
[0013]S1、根据高熵合金化学成分中的各元素摩尔比进行原料的配比称量，采用真空感应熔炼的气雾化制得高熵预合金粉末；
[0014]S2、在计算机上根据所需的结构件复杂形状建立结构件三维模型，将所述结构件三维模型转成STL格式文件并导入到利用激光或电子束增材制造技术的成形设备中；
[0015]S3、将步骤S1的高熵预合金粉末放入S2的成形设备中的送粉机构内，之后将基材或金属基板置于激光或电子束作用区域，之后根据S2中的STL格式文件对高熵合金层的厚度和层数N进行选择，并通过送粉机构将高熵预合金粉末铺设在前述基材或金属基板的表面；
[0016]S4、当S3中的高熵合金层选择N为1时，将步骤S3中的基材或金属基板表面的高熵预合金粉末进行熔化并凝固成形得到含有高熵合金的复杂形状结构件；
[0017]当S3中的高熵合金层选择N大于1时，需要先将步骤S3中的基材或金属基板表面的高熵预合金粉末进行熔化并凝固成形得到第N
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1层高熵合金层，之后通过送粉机构将高熵预合金粉末铺设在前述第N
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1层高熵合金层上，最后进行熔化并凝固成形得到含有高熵合金的复杂形状结构件。
[0018]优选地，所述步骤S1中的高熵合金化学成分按质量百分比计：Al、Co、Cr、Fe、Ni的合金原子比为(0.1
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0.5)：(0.8
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1.1)：(0.8
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1.1)：(0.8
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1.1)：(1.0
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3.0)。
[0019]优选地，所述步骤S2中的增材制造技术成形为同轴送粉激光熔覆技术成形、选择性激光熔化技术成形和电子束选区熔化技术成形中的任一种。
[0020]优选地，当所述步骤S2中的增材制造技术成形为同轴送粉激光熔覆技术成形时，包括如下步骤：
[0021]S101、根据高熵合金化学成分中的各元素摩尔比进行原料的配比称量，采用真空感应熔炼的气雾化制得高熵预合金粉末；
[0022]S201、在计算机上根据所需的结构件复杂形状建立结构件三维模型，将所述结构件三维模型转成STL格式文件并导入到同轴送粉激光熔覆快速成形的成形设备中；
[0023]S301、将步骤S101的高熵预合金粉末放入S201的成形设备中的送粉机构内，将基材或金属基板置于激光作用区域，之后根据S201中的STL格式文件对高熵合金层的厚度和层数N进行选择，并通过送粉机构将高熵预合金粉末放置在前述基材或金属基板的表面；
[0024]S401、当S301中的高熵合金层选择N为1时，将步骤S301中的高熵预合金粉末随基材或金属基板到达熔区前先经过光束，被加热到红热状态，进入熔区后高熵预合金粉末熔化，进行激光熔覆技术的成形得到含有高熵合金的复杂形状结构件；其中：激光功率为800
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2000W，扫描速度为0.1
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1.2mm/s，粉层厚度为3
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5mm，扫描间距为1
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2mm，成形时用惰性气体
保护防止粉末发生氧化；
[0025]当S301中的高熵合金层选择N大于1时，需要先将步骤S301中的基材或金属基板表面的高熵预合金粉末按照高熵合金层选择N为1时的成形方式进行熔化并凝固成形得到第N
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1层高熵合金层，之后通过送粉机构将高熵预合金粉末铺设在前述第N
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1层高熵合金层上，最后按照高熵合金层选择N为1时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过增材制造成形含有高熵合金的复杂形状结构件，其特征在于，包括如下步骤：S1、根据高熵合金化学成分中的各元素摩尔比进行原料的配比称量，采用真空感应熔炼的气雾化制得高熵预合金粉末；S2、在计算机上根据所需的结构件复杂形状建立结构件三维模型，将所述结构件三维模型转成STL格式文件并导入到利用激光或电子束增材制造技术的成形设备中；S3、将步骤S1的高熵预合金粉末放入S2的成形设备中的送粉机构内，之后将基材或金属基板置于激光或电子束作用区域，之后根据S2中的STL格式文件对高熵合金层的厚度和层数N进行选择，并通过送粉机构将高熵预合金粉末铺设在前述基材或金属基板的表面；S4、当S3中的高熵合金层选择N为1时，将步骤S3中的基材或金属基板表面的高熵预合金粉末进行熔化并凝固成形得到含有高熵合金的复杂形状结构件；当S3中的高熵合金层选择N大于1时，需要先将步骤S3中的基材或金属基板表面的高熵预合金粉末进行熔化并凝固成形得到第N
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1层高熵合金层，之后通过送粉机构将高熵预合金粉末铺设在前述第N
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1层高熵合金层上，最后进行熔化并凝固成形得到含有高熵合金的复杂形状结构件。2.根据权利要求1所述的通过增材制造成形含有高熵合金的复杂形状结构件，其特征在于，所述步骤S1中的高熵合金化学成分按质量百分比计：Al、Co、Cr、Fe、Ni的合金原子比为(0.1
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0.5)：(0.8
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1.1)：(0.8
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1.1)：(0.8
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1.1)：(1.0
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3.0)。3.根据权利要求2所述的通过增材制造成形含有高熵合金的复杂形状结构件，其特征在于，所述步骤S2中的增材制造技术成形为同轴送粉激光熔覆技术成形、选择性激光熔化技术成形和电子束选区熔化技术成形中的任一种。4.根据权利要求3所述的通过增材制造成形含有高熵合金的复杂形状结构件，其特征在于，当所述步骤S2中的增材制造技术成形为同轴送粉激光熔覆技术成形时，包括如下步骤：S101、根据高熵合金化学成分中的各元素摩尔比进行原料的配比称量，采用真空感应熔炼的气雾化制得高熵预合金粉末；S201、在计算机上根据所需的结构件复杂形状建立结构件三维模型，将所述结构件三维模型转成STL格式文件并导入到同轴送粉激光熔覆快速成形的成形设备中；S301、将步骤S101的高熵预合金粉末放入S201的成形设备中的送粉机构内，将基材或金属基板置于激光作用区域，之后根据S201中的STL格式文件对高熵合金层的厚度和层数N进行选择，并通过送粉机构将高熵预合金粉末放置在前述基材或金属基板的表面；S401、当S301中的高熵合金层选择N为1时，将步骤S301中的高熵预合金粉末随基材或金属基板到达熔区前先经过光束，被加热到红热状态，进入熔区后高熵预合金粉末熔化，进行激光熔覆技术的成形得到含有高熵合金的复杂形状结构件；其中：激光功率为800
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2000W，扫描速度为0.1
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1.2mm/s，粉层厚度为3
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5mm，扫描间距为1
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2mm，成形时用惰性气体保护防止粉末发生氧化；当S301中的高熵合金层选择N大于1时，需要先将步骤S301中的基材或金属基板表面的高熵预合金粉末按照高熵合金层选择N为1时的成形方式进行熔化并凝固成形得到第N
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1层高熵合金层，之后通过送粉机构将高熵预合金粉末铺设在前述第N
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1层高熵合金层上，最后
按照高熵合金层选择N为1时的成形方式进行熔化并凝固成形得到含有高熵合金的复杂形状结构件。5.根据权利要求4所述的通过增材制造成形含有高熵合金的复杂形状结构件，其特征在于，所述步骤S101中的高熵预合金粉末选择筛分粒径为35
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104μm合金粉末，所述步骤S401中成形时所用惰性气体为Ar气。6.根据权利要求3所述的通过增材制造成形含有高熵合金的复杂形状结构件，其特征在于，当所述步骤S2中的增材制造技术成形为选择性激光熔化技术成形时，包括如下步骤：S102、根据高熵合金化学成分中的各元素摩尔比进行原料的配比称量，采用真空感应熔炼的气雾化制得高熵预合金粉末；S202、在计算机上根据所需的结构件复杂形状建立结构件三维模型，将所述结构件...

【专利技术属性】
技术研发人员：周香林，郑杰，温薇，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：