制造高熵合金强化铜基复合材料的方法、产品和应用技术

本申请涉及一种制造高熵合金强化铜基复合材料的方法、产品和应用，属于3D打印技术领域。本申请公开了一种制造高熵合金强化铜基复合材料的方法，包括以下步骤：S1、将铁粉、镍粉、铬粉、钴粉和锰粉混合后依次进行机械合金化处理和干燥处理，得到高熵合金粉末；S2、将所述高熵合金粉末与铜粉混合，得到前驱体；S3、采用激光增材制造的方法将所述前驱体制造成偏晶合金。本申请提供的制造高熵合金强化铜基复合材料的方法能够提高偏晶合金的抗拉强度和延伸率。率。

【技术实现步骤摘要】
制造高熵合金强化铜基复合材料的方法、产品和应用


[0001]本专利技术涉及3D打印
，特别是涉及一种制造高熵合金强化铜基复合材料的方法、产品和应用。

技术介绍

[0002]传统合金材料已经不能够满足人们对高性能材料的苛刻要求，近年来，多元合金(MPEAs)成为了研究热点。多元合金又称高熵合金(HEAs)，最初被定义为五种及五种以上组元，按等原子比或近等原子比混合通过熔炼、烧结等方式形成的合金，由于此类合金的混合熵较大，故最初以熵特性命名为高熵合金。
[0003]与传统合金相比，高熵合金这种不含单一主导元素的新型合金有望大大增加新结构合金的可能性，以获得多种功能性能，例如优越的强度
‑
延展性组合、高耐腐蚀性等。基于诱导亚稳态工程定制变形行为以及如何调制纳米孪晶组织增强相的难题，铁基高熵合金(FeHEA)，如FeCoCrNi体系，可以被视为调控微观结构变量定制材料特性很好的候选材料，因为它的成分变化具有相对稳定性和很高的敏感性，在诱导亚稳态工程中具有很大的潜力。
[0004]常规铜合金材料的成形方法包括车削成形、冲压成形、锻造成形等。采用车削工艺存在材料利用率低的问题；冲压成形的材料利用率高，但易形成较大的壁厚差；锻造成形工艺受限于模具。然而，对于易发生偏析分层现象的偏晶合金的制造加工而言，上述传统成形工艺还难以满足其力学性能、微观组织、尺寸和表面精度及加工效率控制等要求。与传统的合金相比，铜基偏晶合金极易发生偏析分层导致组织性能不均匀，其抗拉强度和延伸率较低。
专利技术内容
[0005]本申请的目的之一在于提供一种制造高熵合金强化铜基复合材料的方法、产品和应用，以提高偏晶合金的抗拉强度和延伸率。
[0006]为实现上述目的，本申请采取以下技术方案：
[0007]一种制造高熵合金强化铜基复合材料的方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将铁粉、镍粉、铬粉、钴粉和锰粉混合后依次进行机械合金化处理和干燥处理，得到高熵合金粉末；
[0009]S2、将所述高熵合金粉末与铜粉混合，得到前驱体；
[0010]S3、采用激光增材制造的方法将所述前驱体制造成偏晶合金。
[0011]在一些实施方式中，按照质量百分比计，所述前驱体的化学成分包括：Cu 60wt％～90wt％、Fe 2wt％～8wt％、Co 2wt％～8wt％、Cr 2.6wt％～10.4wt％、Ni 1.4wt％～8.4wt％和Mn 2wt％～8wt％。
[0012]在一些实施方式中，所述高熵合金粉末与铜粉的质量比为(3：5)：(5～7)。
[0013]在一些实施方式中，所述高熵合金粉末包括Ni
14
Fe
20
Cr
26
Co
20
Mn
20
和等摩尔比的
FeCoCrNiMn中的一种或多种。
[0014]在一些实施方式中，所述高熵合金粉末的粒径为10～30μm。
[0015]在一些实施方式中，所述高熵合金粉末的层错能为3.0～25mJ/m2。
[0016]在一些实施方式中，所述机械合金化处理包括球磨处理。
[0017]在一些实施方式中，球磨时间≤16小时。
[0018]在一些实施方式中，球磨转速为200～300转/分钟。
[0019]在一些实施方式中，球磨介质包括乙醇。
[0020]在一些实施方式中，球磨气氛包括氩气气氛或空气气氛。
[0021]在一些实施方式中，磨球的直径为6～10mm。
[0022]在一些实施方式中，所述高熵合金粉末与磨球的质量比为(15～20)：(1～2)。
[0023]在一些实施方式中，步骤S3包括：
[0024]将带有支撑结构的偏晶合金零件CAD模型分层切片，根据切片轮廓信息生成激光选区熔化成形轨迹；
[0025]将激光选区熔化工作室抽成真空，将表面经过除锈与喷沙处理的基材加热到200～300℃；
[0026]根据生成的成形轨迹，采用激光选区熔化的方法将所述前驱体在所述基材上逐层堆积成三维实体的偏晶合金。
[0027]在一些实施方式中，制造所述支撑结构的工艺参数包括：光纤激光器波长为1060nm，激光功率为100～300W，支撑结构高度为2～3mm，激光扫描速度为500～2500mm/s，分层切片厚度为50～60μm，搭接率为45％～60％。
[0028]在一些实施方式中，制造所述偏晶合金的工艺参数包括：激光功率为100～300W，激光扫描速度为500～2500mm/s，分层切片厚度为50～60μm，搭接率为45％～60％，采用连续两层间激光扫描方向相互垂直的路径方式成形切片，直到完成尺寸达150mm
×
150mm
×
150mm或Φ150mm
×
150mm偏晶合金零件制造。
[0029]本申请还提供了一种偏晶合金，采用上述制造高熵合金强化铜基复合材料的方法制得。
[0030]本申请还提供了上述制造高熵合金强化铜基复合材料的方法制得的偏晶合金，或者上述偏晶合金在制备涡轮叶片、热交换器及作为航空航天材料中的应用。
[0031]与传统技术相比，上述制造高熵合金强化铜基复合材料的方法、产品和应用具有如下优点：
[0032]上述高熵合金粉末由铁粉、镍粉、铬粉、钴粉和锰粉制得，将其与铜粉混合，使高熵合金弥散在铜粉中，采用激光增材制造的方法制造出偏晶合金，该偏晶合金的结构为液相分离而自组装生成的高熵合金颗粒均匀分布于富铜基体内，且偏晶合金显微组织明显细化且分布相对均匀，有效提高了偏晶合金的抗拉强度和延伸率。
具体实施方式
[0033]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0034]在本专利技术的说明中，除非另有定义，未明确说明的专业术语、专业用词均与本领域技术人员通常理解的含义相同，且为本领域技术人员的公知常识，未明确说明的方法均为本领域技术人员公知的常规方法。本专利技术中术语“多种”的含义是至少两种，例如两种，三种等，除非另有明确具体的限定。
[0035]除了在操作实施例中所示以外或另外表明之外，所有在说明书和权利要求中表示成分的量、物化性质等所使用的数字理解为在所有情况下通过术语“约”来调整。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。
[0036]本专利技术中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制造高熵合金强化铜基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将铁粉、镍粉、铬粉、钴粉和锰粉混合后依次进行机械合金化处理和干燥处理，得到高熵合金粉末；S2、将所述高熵合金粉末与铜粉混合，得到前驱体；S3、采用激光增材制造的方法将所述前驱体制造成偏晶合金。2.根据权利要求1所述的制造高熵合金强化铜基复合材料的方法，其特征在于，按照质量百分比计，所述前驱体的化学成分包括：Cu 60wt％～90wt％、Fe2wt％～8wt％、Co 2wt％～8wt％、Cr 2.6wt％～10.4wt％、Ni 1.4wt％～8.4wt％和Mn2wt％～8wt％。3.根据权利要求2所述的制造高熵合金强化铜基复合材料的方法，其特征在于，所述高熵合金粉末与铜粉的质量比为(3：5)：(5～7)。4.根据权利要求1所述的制造高熵合金强化铜基复合材料的方法，其特征在于，所述高熵合金粉末包括Ni
14
Fe
20
Cr
26
Co
20
Mn
20
和等摩尔比的FeCoCrNiMn中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的制造高熵合金强化铜基复合材料的方法，其特征在于，所述高熵合金粉末的粒径为10～30μm。6.根据权利要求1所述的制造高熵合金强化铜基复合材料的方法，其特征在于，所述高熵合金粉末的层错能为3.0～25mJ/m2。7.根据权利要求1所述的制造高熵合金强化铜基复合材料的方法，其特征在于，所述机械合金化处理包括球磨处理，所述球磨处理的工艺条件具备如下至少一个特征：(1)球磨时间≤16小时；(2)球磨转速为200～300转/分钟；(3)球磨介质包括乙醇；(4)球磨气氛包括氩气气氛或空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：马劲松，于清晓，程岚，王凯萱，谢敏，来俊华，李飞，
申请(专利权)人：上海联泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：