一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，属于合金制造技术领域，包括以下步骤：将FeCoNiAlTi高熵合金粉末加入到316L不锈钢粉末中，增强比为xwt.％(x＝2、5、10)，在三维运动混粉机中进行机械混合，得到复合材料粉末；之后通过选区激光熔化打印直接成型不锈钢复合材料构件；本发明专利技术采用选区激光熔化制备得到的不锈钢复合材料具有优异的力学性能以及尺寸精度。测试后发现其在室温下的抗拉强度最高为1262MPa，硬度最高可达5.4GPa。本发明专利技术解决了不锈钢在高强度工况下易失效的问题，为不锈钢的强化和加工方式提供了新的思路。式提供了新的思路。式提供了新的思路。

【技术实现步骤摘要】
一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法


[0001]本专利技术属于合金制造
，尤其涉及一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法。

技术介绍

[0002]316L不锈钢因其具有良好的成形性能、耐腐蚀性能、焊接性能等优点而被广泛应用于日常生活的方方面面。目前，这种材料经过长期的研究已经变得非常成熟，性能已经接近极限。因此，为了解决316L不锈钢在高强度工况下易失效的问题，通常向不锈钢中加入增强相制备不锈钢复合材料。高熵合金，又称多主元合金，具有高强度、良好的塑性和耐腐蚀性等优良性能，是一种理想的增强相材料。目前，不锈钢复合材料的常用制备方法为铸造法和粉末冶金法。但是，传统方法制备的复合材料通常会出现成分不均匀和晶粒粗大等现象。而选区激光熔化方法是一种通过高能激光熔化粉末并逐层堆积成型的过程，这种技术可以获得具有均匀成分和细晶结构的构件，提升了不锈钢的力学性能。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，以解决目前传统方法制备的316L不锈钢在高强度工况下易失效的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，包括以下步骤：将FeCoNiAlTi高熵合金粉末与不锈钢粉末混合，得到复合材料粉末，采用选区激光熔化技术进行激光打印，得到不锈钢基复合材料；
[0005]所述激光打印的扫描速度为650mm/s～1000mm/s。超出此扫描区间，孔隙、裂纹等缺陷较多，甚至无法成形。
[0006]进一步的，所述FeCoNiAlTi高熵合金粉末与所述不锈钢粉末按照增强比xwt.％混合，其中x＝2～10，优选x＝2、5、10。增强比超过10wt.％，会出现无法成型的情况；增强比低于2wt.％，强化效果不明显。
[0007]进一步的，所述FeCoNiAlTi高熵合金粉末的化学成分按照质量分数计，分别为Fe28.7％、Co31.9％、Ni29.6％、Al4.2％和Ti5.6％。
[0008]进一步的，得到复合材料粉末后，还包括对复合材料粉末进行筛分，得到粒径为15～53μm的粉末，之后烘粉的操作，所述烘粉在烘干箱内进行，于80℃下烘粉2h。
[0009]进一步的，所述不锈钢为316不锈钢。
[0010]进一步的，所述选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，具体包括以下步骤：
[0011]将FeCoNiAlTi高熵合金粉末与316L不锈钢粉末按比例混合，得到复合材料粉末；
[0012]以316不锈钢作为基板，对基板进行清洗并喷砂处理；
[0013]将复合材料粉末放入粉料缸，将喷砂处理后的基板安装在成型缸中，调整刮刀位置，按照150μm/层的粉量进行铺粉，至复合材料粉末铺满基板，关闭舱门；
[0014]构建需制备的不锈钢基复合材料的三维模型，导入切片软件，设置打印件数量及其摆放位置，并设置分层厚度、激光功率、扫描速度、扫描路径及扫描角度后进行切片，之后导入设备软件中，关闭设备成型舱并通入氩气除氧，打开激光器，待激光稳定后开始打印；
[0015]打印结束后关闭激光器和氩气，冷却至室温，即得不锈钢基复合材料。
[0016]进一步的，所述除氧至成型舱内氧浓度低于100ppm。
[0017]进一步的，所述分层厚度为30μm/层，所述激光功率为180W，所述扫描角度为67
°
，所述扫描路径为条带形。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0019]本专利技术材料具有优异的力学性能，其抗拉强度可达1262MPa，硬度可达5.4GPa。从而解决了目前传统方法制备的316L不锈钢在高强度工况下易失效的问题。
附图说明
[0020]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0021]图1为实施例1中高熵合金粉末的扫描电子显微镜图。
[0022]图2为实施例1中采用的选区激光熔化成型设备的工作原理示意图，其中：1
‑
振镜扫描系统；2
‑
成型舱(氩气环境)；3
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成型试样；4
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不锈钢基板；5
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成型缸；6
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粉料缸；7
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刮刀；8
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刮刀；9
‑
机械臂；10
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激光发射器；11
‑
高能激光束。
[0023]图3为实施例1不锈钢复合材料试样拉伸试样尺寸图。
[0024]图4为实施例1～3制备得到的增强比为2wt.％的不锈钢复合材料构件的XRD图。
[0025]图5为实施例1～3制备得到的不锈钢复合材料构件与在相同工艺参数下制备的纯316L不锈钢构件的抗拉强度和硬度统计图，(a)为硬度对比图，(b)为抗拉强度对比图。
[0026]图6为实施例1中纯316L不锈钢的EBSD图像；
[0027]图7为实施例1中复合材料(x＝2wt.％)的EBSD图像。
具体实施方式
[0028]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0029]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0030]除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的
文献冲突时，以本说明书的内容为准。
[0031]在不背离本专利技术的范围或精神的情况下，可对本专利技术说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本专利技术的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本专利技术说明书和实施例仅是示例性的。
[0032]关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
[0033]本专利技术的室温指的是25
±
2℃。
[0034]本专利技术实施例中FeCoNiAlTi高熵合金粉末的化学成分按照质量分数计，分别为Fe28.7％、Co31.9％、Ni本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将FeCoNiAlTi高熵合金粉末与不锈钢粉末混合，得到复合材料粉末，采用选区激光熔化技术进行激光打印，得到不锈钢基复合材料；所述激光打印的扫描速度为650mm/s～1000mm/s。2.根据权利要求1所述一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，其特征在于，所述FeCoNiAlTi高熵合金粉末与所述不锈钢粉末按照增强比x wt.％混合，其中x＝2～10。3.根据权利要求2所述一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，其特征在于，所述FeCoNiAlTi高熵合金粉末的化学成分按照质量分数计，分别为Fe28.7％、Co31.9％、Ni29.6％、Al4.2％和Ti5.6％。4.根据权利要求1所述一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，其特征在于，得到复合材料粉末后，还包括对复合材料粉末进行筛分，得到粒径为15～53μm的粉末，之后烘粉的操作。5.根据权利要求1所述一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，其特征在于，所述不锈钢为316不锈钢。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冬野，张新琦，李九霄，李方杰，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：