一种低裂纹敏感性高熵合金粉体材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种低裂纹敏感性高熵合金粉体材料及制备方法和应用，制备方法包括如下步骤，S1.按摩尔比称取铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和铜粉，混合熔炼得到合金Ⅰ铸锭；按摩尔比称取铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和钛粉，混合熔炼得到合金Ⅱ铸锭；S2.将合金Ⅰ、合金Ⅱ铸锭分别加工成合金铸锭粉末Ⅰ和粉末Ⅱ，按质量比称取粉末Ⅰ和粉末Ⅱ；S3.用分样筛将粉末Ⅰ过筛250目，粉末Ⅱ过筛400目；S4.对粉末Ⅰ、粉末Ⅱ进行低能球磨处理得到混合粉；S5.将混合粉作为原材料进行增材制造。通过以上制备方法可以克服增材制造过程中裂纹敏感性以及工艺窗口区间较窄的难题，由此方法制备的高熵合金具有高质量的成型效果，良好的力学性能。良好的力学性能。良好的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种低裂纹敏感性高熵合金粉体材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料领域，尤其涉及一种低裂纹敏感性高熵合金粉体材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]高熵合金(HEA)是由五种或者五种以上等量或大约等量金属形成的合金，由于高熵合金可能同时具有多种合金优秀性能的特点，因此在诸多领域备受重视。高熵合金体系较多，以Al、Co、Cr、Fe、Ni为成分的合金体系为其中之一，此体系的高熵合金研究内容较为丰富，发展趋于成熟。在此体系合金添加不同的杂质金属会使得整体的合金性质发生较大变化，如：添加Cu成分(Al
0.3
CoCrFeNiCu，下文统称为合金I)会使得合金成为面心立方(FCC)结构，拥有良好塑性但强度却较低；添加Ti成分(Al
0.5
CoCrFeNiTi
0.5
，下文统称为合金II)会使得合金成为体心立方(BCC)结构，拥有较高的强度但韧性较差。
[0003]上文提到的两种添加额外成分的方案都能提升合金的性能，但在利用选区激光熔化技术(SLM)加工这两种合金成为金属零部件时，会主要面临两个工艺难题使得零部件成型失败。
[0004]首先是增材制造过程中的裂纹敏感性问题。在SLM成型如合金I这种塑性较好的合金时，虽然最终能够成功成型，但是由于合金内部残余应力作用，表面即使没有发生开裂，但是在成型的零部件内部存在大量裂纹等凝固缺陷；成型如合金II这种塑性差强度高的合金时，零部件会出现大量裂纹甚至最终无法成型。裂纹问题目前已经成为限制金属材料在成型领域应用的关键问题，所以在实际成型工作中，选用裂纹形成率低，即裂纹敏感性差的材料作为生产材料是至关重要的。
[0005]其次是成型过程中的工艺窗口区间较窄问题。在成型合金I时，虽然最终成型，但对SLM技术的各个加工参数诸如激光束的直径、激光功率、扫描速度、扫描间距、每层旋转角的要求极为敏感，且最后成型的零部件内部还是有大量裂纹，一旦对于机器的加工参数有些许偏差，增材制造的过程很容易会失败。
[0006]现有技术中专利申请号为CN201610544065.1的中国专利技术专利公开了一种用于3D打印的富铁高熵合金粉体材料及其制备方法。该富铁的高熵合金粉体材料Fe
x
AlCoCrNiB
0.3
，Fe的摩尔量为2～3，Al、Co、Cr、Ni的摩尔量都为1，B的摩尔比为0.3且B是以Ni
‑
B合金的形式加入。高熵合金粉体材料采用中频感应熔炼气雾化一步法来制备，即将中频感应熔炼、精炼完的金属液体通过导流管和中间包直接进入气雾化设备雾化制备粉体材料。该方法制备的富铁高熵合金粉体Fe
x
AlCoCrNiB
0.3
材料的相结构由简单的面心立方和体心立方结构的固溶体组成，产品的球形度好、粒度可控、组分均一、氧含量低、流动性好。本专利技术所提供的制备方法，工艺简单，能耗低，易于控制，产品质量稳定，适合大规模工业生产且对环境无污染，绿色环保，但是该专利并没有解决裂纹敏感性等问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术提出一种低裂纹敏感性高熵合金粉体材料及其制备方法和应用，该方法通过按照一定比例混合合金I(Al
0.3
CoCrFeNiCu)粉末和合金II(Al
0.5
CoCrFeNiTi
0.5
)粉末，该混合粉末通过增材制造技术制备的高熵合金(合金III)克服了裂纹敏感性的问题，拥有良好的力学性能以及成形性能，同时还扩宽了工艺窗口区间，使得在制备过程中对设备参数有着更高的容错区间。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0009]一种低裂纹敏感性高熵合金粉体材料，采用合金I铸锭和合金II铸锭制成，合金I铸锭的原料组分包括铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和铜粉，所述铝粉∶钴粉∶铬粉∶铁粉∶镍粉∶铜粉的摩尔比为0.24～0.33∶0.8～1.1∶0.8～1.1∶0.8～1.1∶0.8～1.1∶0.8～1.1；所述合金II铸锭的原料组分包括铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和钛粉，所述铝粉∶钴粉∶铬粉∶铁粉∶镍粉∶钛粉的摩尔比为0.44～0.53∶0.8～1.1∶0.8～1.1∶0.8～1.1∶0.8～1.1∶0.44～0.53。合金I(Al
0.3
CoCrFeNiCu)、合金II(Al
0.5
CoCrFeNiTi
0.5
)。
[0010]优选的是，所述合金I铸锭中的铝粉∶钴粉∶铬粉∶铁粉∶镍粉∶铜粉的摩尔比为0.24∶0.8∶0.8∶0.8∶0.8∶0.8。
[0011]上述任一方案中优选的是，所述合金I铸锭中的铝粉∶钴粉∶铬粉∶铁粉∶镍粉∶铜粉的摩尔比为0.3∶1∶1∶1∶1∶1。
[0012]上述任一方案中优选的是，所述合金I铸锭中的铝粉∶钴粉∶铬粉∶铁粉∶镍粉∶铜粉的摩尔比为0.33∶1.1∶1.1∶1.1∶1.1∶1.1。
[0013]上述任一方案中优选的是，所述合金II铸锭中的铝粉∶钴粉∶铬粉∶铁粉∶镍粉∶钛粉的摩尔比为0.44∶0.8∶0.8∶0.8∶0.8∶0.44。
[0014]上述任一方案中优选的是，合金II铸锭中的铝粉∶钴粉∶铬粉∶铁粉∶镍粉∶钛粉的摩尔比为0.5∶1∶1∶1∶1∶0.5。
[0015]上述任一方案中优选的是，所述合金II铸锭中的铝粉∶钴粉∶铬粉∶铁粉∶镍粉∶钛粉的摩尔比为0.53∶1.1∶1.1∶1.1∶1.1∶0.53。
[0016]本专利技术还公开一种低裂纹敏感性高熵合金粉体材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]S1.按摩尔比0.24～0.33∶0.8～1.1∶0.8～1.1∶0.8～1.1∶0.8～1.1∶0.8～1.1称取铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和铜粉，混合熔炼得到合金I铸锭；按摩尔比0.44～0.53∶0.8～1.1∶0.8～1.1∶0.8～1.1∶0.8～1.1∶0.44～0.53称取铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和钛粉，混合熔炼得到合金II铸锭；
[0018]S2.将步骤S1制备的合金I铸锭、合金II铸锭分别加工成合金铸锭粉末，得到粉末I和粉末II，按质量比称取粉末I和粉末II；
[0019]S3.对粉末I、粉末II进行过筛处理；
[0020]S4.对粉末I、粉末II进行低能球磨处理，得到混合粉；
[0021]S5.采用SLM技术进行增材制造，将S4步骤得到的混合粉作为原材料，在安装后的打印基板上进行成型工作。
[0022]上述任一方案中优选的是，步骤S1中合金I按摩尔比0.24∶0.8∶0.8∶0.8∶0.8∶0.8称取铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和铜粉，合金II按0.44∶0.8∶0.8∶0.8∶0.8∶0.44摩尔比称取铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和钛粉。
[0023]上述任一方案中优选的是，步骤S1中合金I按摩尔比0.3∶1∶1∶1∶1∶1称取铝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低裂纹敏感性高熵合金粉体材料，其特征在于：采用合金Ⅰ铸锭和合金Ⅱ铸锭制成，合金Ⅰ铸锭的原料组分包括铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和铜粉，所述铝粉：钴粉：铬粉：铁粉：镍粉：铜粉的摩尔比为0.24~0.33:0.8~1.1:0.8~1.1:0.8~1.1:0.8~1.1:0.8~1.1；所述合金Ⅱ铸锭的原料组分包括铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和钛粉，所述铝粉:钴粉:铬粉:铁粉:镍粉:钛粉的摩尔比为0.44~0.53:0.8~1.1:0.8~1.1:0.8~1.1:0.8~1.1:0.44~0.53。2.一种低裂纹敏感性高熵合金粉体材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1. 按摩尔比0.24~0.33:0.8~1.1:0.8~1.1:0.8~1.1:0.8~1.1:0.8~1.1称取铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和铜粉，混合熔炼得到合金Ⅰ铸锭；按摩尔比0.44~0.53:0.8~1.1:0.8~1.1:0.8~1.1:0.8~1.1:0.44~0.53称取铝粉、钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和钛粉，混合熔炼得到合金Ⅱ铸锭；S2. 将步骤S1制备的合金Ⅰ铸锭、合金Ⅱ铸锭分别加工成合金铸锭粉末，得到粉末Ⅰ和粉末Ⅱ，按质量比称取粉末Ⅰ和粉末Ⅱ；S3. 对粉末Ⅰ、粉末Ⅱ进行过筛处理；S4. 对粉末Ⅰ、粉末Ⅱ进行低能球磨处理，得到混合粉；S5. 采用SLM技术进行增材制造，将S4步骤得到的混合粉作为原材料，在安装后的打印基板上进行成型工作。3.根据权利要求2所述低裂纹敏感性高熵合金粉体材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中合金Ⅰ按摩尔比0.3:1:1:1:1:1称取铝粉、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李传强，李想，袁碧亮，潘晓涛，张鹏，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：