超声滚压表面强化激光增材制造共晶高熵合金板材的方法技术

本发明专利技术涉及增材制造技术领域，针对现有选区激光熔化技术以及传统超声滚压技术存在的缺陷等问题以及目前对AlCoCrFeNi

【技术实现步骤摘要】
超声滚压表面强化激光增材制造共晶高熵合金板材的方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，更具体涉及一种超声滚压表面强化激光增材制造共晶高熵合金板材的方法。

技术介绍

[0002]高熵合金在被提出之初的定义为：多主元合金以等原子比或近等原子比混合五种及以上的元素，且每个元素的原子百分比在5%至35%之间；高熵合金所形成的结构为简单的固溶体结构；高熵合金的性能是由所有主要元素决定的，可以实现很多高的性能，如：高硬度、高耐磨性、高抗疲劳性能、耐高温软化、出色的低温性能等。高熵合金的出现，为材料的应用和发展提供了更多的可能性，对其进行研究有着积极的意义。
[0003]共晶高熵合金是高熵合金的一大分支，定义为具有共晶组织的多组元合金。共晶高熵合金的设计初衷旨在解决大尺寸高熵合金铸造性能差的缺点。共晶高熵合金兼具共晶合金与高熵合金的成分特点FCC相具有高塑性和低强度，通过选取强度较高的M相，设计出FCC+M相的双相共晶高熵合金，即可兼具高强度和高塑性。
[0004]迄今为止，共晶高熵合金的主要制备手段仍为传统熔炼法，这不可避免的造成成分不均匀、元素偏析、晶粒粗大等问题，极大限制了高熵合金的应用潜力。近二十年来，增材制造AM技术取得了快速的发展，其快速原型、快速制造、3D打印等多种称谓无不体现出增材制造的优势。其中选区激光熔化SLM技术以微米级激光束为热源，较高的加热和冷却速率(103‑
10
8 K/s)，有利于抑制晶粒长大和提高形核速率，因此与传统熔炼方法相比，SLM制备的材料性能有明显提高。然而由于SLM技术的高能激光束与粉末的相互作用，以及搭接率、熔道宽度和不可避免的飞溅等缺陷造成成型试样表面粗糙度比较大，严重影响表面平整度，且影响表面性能，例如缺陷的存在会加速表面在受到局部载荷时的坍塌，粗糙的表面会加速材料在受到摩擦作用下的去除，从而影响其耐磨性。
[0005]超声滚压表面强化技术是利用金属在常温下冷塑性的特点，运用超声波特点高频率冲击研磨金属表面，高频冲击对金属表面微观构造进行“削峰填谷”，加工后金属表面可以达到Ra0.2，甚至更低的镜面效果，降低表面粗糙度。此外，高频表面冲击对工件产生一定的压应力，同时消除部分有害的拉应力，让工件硬度显著提高，疲劳强度增加，大大延长工件的使用寿命。从而获得有表面纳米梯度结构的高性能金属材料。然而传统超声滚压技术在工件表面产生硬化层，此层与内部材料有明显的分层现象，容易造成表层脱落。且表面强化层到基体材料的硬度变化梯度有骤降过程，从而影响其表面性能。
[0006]AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金作为一种有希望的新型材料，其激光增材制造板材的超声滚压表面强化方法迄今未见报道。因此，获得强度高、耐磨性好的选区激光熔化 AlCoCrFeNi
2.1 共晶高熵合金板材仍然是目前面临的技术难题。

技术实现思路

[0007]针对现有选区激光熔化技术以及传统超声滚压技术存在的缺陷等问题以及目前
对AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金板材制备及表面强化的方法不足，本专利技术提供了一种超声滚压表面强化激光增材制造共晶高熵合金板材的方法，具体为利用超声滚压对激光增材制造AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金板材表面性能的强化方式，特指超声滚压对选区激光熔化AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金板材表面性能的强化方式。从而获得强度高、耐磨性好的选区激光熔化AlCoCrFeNi
2.1 共晶高熵合金板材，为AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金作为新型材料的应用和发展提供更多的可能性。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：本专利技术提供一种超声滚压表面强化激光增材制造共晶高熵合金板材的方法，包括以下步骤：步骤1，制备AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金的原始粉末；步骤2，制备激光增材制造AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金板材；步骤3，对步骤2的激光增材制造AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金板材进行超声滚压表面强化处理。
[0009]进一步，所述步骤1中制备AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金原始粉末的具体过程为：步骤1.1，选用纯度≥99.9%的各元素Al、Co、Cr、Fe、Ni原料，按照Al：8.51wt.%；Co：18.59wt.%；Cr：16.40wt.%；Fe：17.62wt.%；Ni：38.88wt.% 的比例进行混合并熔炼，生产用于制备粉末的预合金料块体；步骤1.2，将步骤1.1制备的预合金料块体用气雾化法制备AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金的原始粉末，然后进行烘干处理，去除残余水分。
[0010]进一步，所述步骤2中制备激光增材制造AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金块体的具体过程为：步骤2.1，将步骤1最终得到的原始粉末进行粒径筛分，得到15
‑
53μm粉末，加入选区激光熔化设备送粉缸内；步骤2.2，设置激光扫描路径和扫描工艺参数；启动选区激光熔化设备；步骤2.3，选区激光熔化设备在惰性气体保护下运行，使AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金原始粉末成型在304不锈钢基板上，得到激光增材制造AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金板材。
[0011]进一步，所述步骤3中超声滚压表面强化处理的具体过程为：步骤3.1，将步骤2成型得到的激光增材制造AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金板材从304不锈钢基板上切下，表面进行非精细打磨抛光，使表面粗糙度达到Ra1.5μm以下；步骤3.2，将步骤3.1的共晶高熵合金板材置于工装夹具处夹紧，调整滚压头控制按钮，对板材的平面进行滚压处理，滚压头置于板材试样一端起点，沿长边方向进行循环进给运动，循环过程中垂直长边方向的偏移步距为0.1mm，整个平面滚压一次需循环往复50次，平面共滚压5次；步骤3.3，滚压结束后，首先关闭滚压头控制开关，停止滚压，取下板材试样，将反面进行夹持，重复步骤3.2，进行双面滚压。
[0012]更进一步，所述步骤1.2中烘干处理的温度为80℃；烘干处理的时间为5h。
[0013]所述步骤2.2中激光扫描路径设置具体为：用内含多条激光束的激光条带，同层同向，异层旋转67
°
逐层逐道扫描，激光条带宽度为10mm，激光束斑点直径为50μm，激光条带之间搭接区宽度为70μm。与单束激光束循环扫描方式相比，使用内含多条激光束的激光条带
熔化金属粉末时可减少因重熔造成的应力集中，避免翘楚、裂纹等的缺陷的产生，同时可减少因未熔或半熔粉末的飞溅造成的缺陷，另外此扫描方式，大幅度提高制备生产效率。
[0014]所述步骤2.2中激光扫描工艺参数为激光功率P=100 ~150W，扫描速度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声滚压表面强化激光增材制造共晶高熵合金板材的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，制备AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金的原始粉末；步骤2，制备激光增材制造AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金板材；步骤3，对步骤2的激光增材制造AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金板材进行超声滚压表面强化处理。2.根据权利要求1所述的超声滚压表面强化激光增材制造共晶高熵合金板材的方法，其特征在于，所述步骤1中制备AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金的原始粉末的具体过程为：步骤1.1，选用纯度≥99.9%的各元素Al、Co、Cr、Fe、Ni原料，按照Al：8.51wt.%；Co：18.59wt.%；Cr：16.40wt.%；Fe：17.62wt.%；Ni：38.88wt.% 的比例进行混合并熔炼，生产用于制备粉末的预合金料块体；步骤1.2，将步骤1.1制备的预合金料块体用气雾化法制备AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金原始粉末，然后进行烘干处理。3.根据权利要求1所述的超声滚压表面强化激光增材制造共晶高熵合金板材的方法，其特征在于，所述步骤2中制备激光增材制造AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金板材的具体过程为：步骤2.1，将步骤1最终得到的原始粉末进行粒径筛分，得到15
‑
53μm粉末，加入选区激光熔化设备送粉缸内；步骤2.2，设置激光扫描路径和扫描工艺参数；启动选区激光熔化设备；步骤2.3，选区激光熔化设备在惰性气体保护下运行，使AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金原始粉末成型在304不锈钢基板上，得到激光增材制造AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金板材。4.根据权利要求1所述的超声滚压表面强化激光增材制造共晶高熵合金板材的方法，其特征在于，所述步骤3中超声滚压表面强化处理的具体过程为：步骤3.1，将步骤2成型的激...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰利伟，王文先，刘瑞峰，崔泽琴，
申请(专利权)人：山西浙大新材料与化工研究院，
类型：发明
国别省市：