一种高强韧AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金及制备方法技术

本发明专利技术涉及金属材料激光增材制造技术领域，尤其涉及一种高强韧AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金及基于粉末床激光熔化技术制备该过共晶高熵合金的方法。本发明专利技术开发了一种少铝的新型过共晶高熵合金；该少铝的新型过共晶高熵合金不但能稳定的获得具有优异力学性能的胞状结构，同时还能为其他同系列合金在少Al条件下提供成分调整方案的依据。本发明专利技术所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x：1：1：1：y组成，其中0.5≤x≤1.1，2.3≤y≤3；且Ni与Al的摩尔比大于2.3。本发明专利技术组分设计合理，通过组分的优化极大的拓宽了优质产品获得的打印参数范围。为高强韧AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金产业化应用提供了必要条件。合金产业化应用提供了必要条件。合金产业化应用提供了必要条件。

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金及制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料激光增材制造
，尤其涉及一种高强韧AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金及基于粉末床激光熔化技术制备该过共晶高熵合金的方法。

技术介绍

[0002]高熵合金(HEAs)是由五种或五种以上等原子比或接近等原子比的金属元素形成的合金。过往的概念中，若合金中加的金属种类越多，会使其材质脆化，但高熵合金和以往的合金不同，有多种金属却不会脆化，甚至可能具有许多理想的性质。高熵合金在2004年以前就已问世，但在2010年代才有许多相关的研究。研究发现有些高熵合金的比强度比传统合金好很多，而且抗断裂能力、抗拉强度、抗腐蚀及抗氧化特性都比传统的合金要好。
[0003]共晶合金是指处于共晶点成分，凝固组织全部由共晶体组成的合金。组成共晶相图的两组元，在液态可以无限互溶，在固态只能部分互溶，甚至完全不溶。对于共晶合金来说，有固定的熔点。其具有密度小、比强度高，同时兼有良好的铸造性能、耐蚀性、可焊性等优点，广泛应用于航空、汽车、仪表及机械等工业。过去的几十年里，人们对共晶合金做了大量的研究与开发，并取得了较大的成就。
[0004]AlCoCrFeNi
2.1
具有极佳的强度塑性性能组合，但是其Al元素与Co、Cr、Fe和Ni四种组元的熔点相差较多，在通过铸造的方式制备该合金，难以避免元素的挥发和偏析导致的批次性能稳定性差或实际成分偏离共晶成分点等问题。许多学者开始使用增材制造技术成型这一类合金，增材制造技术原材料为气雾化预合金粉，能有效地避免合金成分偏析，极快的冷却速度能进一步提升其作为结构材料服役的屈服强度，高精度复杂结构成型能极大的拓展其应用。但是增材制造成型依据存在Al元素再打印过程中，在高能激光的作用下会轻微烧损的问题，这类合金在快速凝固作用下不会引申出伪共晶区，反而会因Al元素的波动使其出现不同的显微组织结构，依旧具有批次性能不稳定的风险。这类问题在粉末重复利用过程中会愈加明显。同时，经检索发现，采用3D打印制备高强韧AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的技术，还未有报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术首次设计了一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金，并开发出了基于粉末床激光熔化技术如何制备高强韧AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的方法。本专利技术所开发的AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金，在成分确定后可以在一个比较宽泛的条件下制备出平均延伸率大于20％的产物。
[0006]本专利技术开发了一种少铝的新型过共晶高熵合金；该少铝的新型过共晶高熵合金不但能稳定的获得具有优异力学性能的胞状结构，同时还能为其他同系列合金在少Al条件下提供成分调整方案的依据。
[0007]本专利技术一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金，所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x：1：1：1：y组成，其中0.5≤x≤1.1，2.3≤y≤3。且Ni与Al的摩尔比大于
2.3。
[0008]作为优选方案，本专利技术一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金，所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x：1：1：1：y组成，其中0.65≤x≤1.1，2.3≤y≤2.6。
[0009]作为进一步的优选方案；本专利技术一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金，所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x：1：1：1：y组成，其中0.65≤x≤1.0，2.3≤y≤2.6。
[0010]作为更进一步的优选，本专利技术一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金，所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x：1：1：1：y组成，其中0.65≤x≤1.0，2.3≤y≤2.55。
[0011]本专利技术一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的制备方法，包括下述步骤：
[0012]以干燥的Al
x
CoCrFeNi
y
预合金粉末为原料，将粉末加入至粉末床激光熔化设备的送粉缸内；启动粉末床激光熔化制造设备并设置扫描路径和工艺参数，在保护气氛下，按照设定的扫描路径和工艺参数，在基板上将Al
x
CoCrFeNi
y
预合金粉末逐层熔化成型，制备出块体Al
x
CoCrFeNi
y
高熵合金；其中0.5≤x≤1.1，2.3≤y≤3；且Ni与Al的摩尔比大于2.3；
[0013]所述扫描路径为：棋盘扫秒和条带扫描策略交替进行，层与层之间旋转67
°
；
[0014]所述粉末床激光熔化成形的激光工艺参数范围为：
[0015]填充激光功率为250～350W，
[0016]扫描速率为600～1000mm/s，
[0017]铺粉层厚40～60μm，
[0018]扫描间距为70～80μm。
[0019]轮廓扫描速度为900～1100mm/s，
[0020]轮廓激光功率为100～150W。
[0021]条带的工艺参数为：
[0022]条带宽度3～30mm，
[0023]条带间搭接量0～50μm。
[0024]棋盘的参数为：
[0025]棋盘开始高度0.1～0.3mm，
[0026]棋盘X、Y方向宽度3～30mm，
[0027]棋盘间搭接量0～50μm，
[0028]棋盘重叠线数2～4，
[0029]棋盘边界X、Y方向偏移量0.3～0.5mm，
[0030]棋盘边界搭接量0～0.4mm。
[0031]本专利技术一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的制备方法，所述干燥的Al
x
CoCrFeNi
y
预合金粉末通过下述步骤制备：
[0032]按照设计的AlxCoCrFeNiy过共晶高熵合金配比称取原料Al、Co、Cr、Fe和Ni，各原料纯度≥99.9％；将各单质原料混合并进行预合金化处理；然后制粉，得到AlxCoCrFeNiy预合金粉末；再将所得预合金粉末放入干燥箱中，在真空环境下加热至120～150℃进行干燥处理3～5小时，得到所述干燥的Al
x
CoCrFeNi
y
预合金粉末。
[0033]本专利技术的混粉和预合金化处理均为现有技术。
[0034]本专利技术一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的制备方法，Al
x
CoCrFeNi
y
预合金粉是使用真空感应熔炼炉，采用环缝喷盘，通过真空气雾化方式制备的球形粉末。
[0035]所述Al
x
CoCrFeNi
y
由Al、Co、Cr、Fe、Ni按元素摩尔比分别为x：1：1：1：y组成，其中0.65≤x≤1.1，2.3≤y≤2.6。
[0036]本专利技术一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金，其特征在于：所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x：1：1：1：y组成，其中0.5≤x≤1.1，2.3≤y≤3；且Ni与Al的摩尔比大于2.3。2.根据权利要求1所述的一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金，其特征在于：所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x：1：1：1：y组成，其中0.65≤x≤1.1，2.3≤y≤2.6。3.根据权利要求2所述的一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金，其特征在于：所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x：1：1：1：y组成，其中0.65≤x≤1.0，2.3≤y≤2.6。4.一种如权利要求1
‑
3任意一项所述AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的制备方法，其特征在于；包括下述步骤：以干燥的Al
x
CoCrFeNi
y
预合金粉末为原料，将粉末加入至粉末床激光熔化设备的送粉缸内；启动粉末床激光熔化制造设备并设置扫描路径和工艺参数，在保护气氛下，按照设定的扫描路径和工艺参数，在基板上将Al
x
CoCrFeNi
y
预合金粉末逐层熔化成型，制备出块体Al
x
CoCrFeNi
y
高熵合金；其中0.5≤x≤1.1，2.3≤y≤3；且Ni与Al的摩尔比大于2.3；所述扫描路径为：棋盘扫秒和条带扫描策略交替进行，层与层之间旋转67
°
；所述粉末床激光熔化成形的激光工艺参数范围为：填充激光功率为250～350W，扫描速率为600～1000mm/s，铺粉层厚40～60μm，扫描间距为70～80μm。轮廓扫描速度为900～1100mm/s，轮廓激光功率为100～150W。条带的工艺参数为：条带宽度3～30mm，条带间搭接量0～50μm。棋盘的参数为：棋盘开始高度0.1～0.3mm，棋盘X、Y方向宽度3～30mm，棋盘间搭接量0～50μm，棋盘重叠线数2～4，棋盘边界X、Y方向偏移量0.3～0.5mm，棋盘边界搭接量0～0.4mm。5.根据权利要求4所述的一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的制备方法，其特征在于：所述干燥的Al
x
CoCrFeNi
y
预合金粉末通过下述步骤制备：按照设计的AlxCoCrFeNiy过共晶高熵合金配比称取原料Al、Co、Cr、Fe和Ni，各原料纯度≥99.9％；将各单质原料混合并进行预合金化处理；然后制粉，得到AlxCoCrFeNiy预合金粉末；再将所得预合金粉末放入干燥箱中，在真空环境下加热至120～150℃进行干燥处理3～5小时，得到所述干燥的Al
x
CoCrFeNi
y
预合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，耿赵文，舒忠良，李丹，吴谊友，张桃梅，周科朝，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：