脉冲激光冲击-增材复合制造超细共晶高熵合金方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了脉冲激光冲击

【技术实现步骤摘要】
脉冲激光冲击
‑
增材复合制造超细共晶高熵合金方法及装置


[0001]本专利技术是关于增材制造
，特别是关于一种脉冲激光冲击
‑
增材复合制造超细共晶高熵合金方法及装置，尤其是一种利用脉冲激光冲击
‑
增材复合制造技术制备超细共晶高熵合金及提高其成形质量的方法。

技术介绍

[0002]近年来，高熵合金由于具有优异的力学性能、耐腐蚀性、高低温性能等，吸引了越来越多学者的关注。相比于FCC单相高熵合金表现出的低强度高延性和BCC单相高熵合金表现出的高强度低延性，共晶高熵合金兼具超高的强度和延性成为研究重点。作为一种新型体系的材料，使用传统的铸锻轧制备方式无法满足对复杂工件和超细共晶高熵合金的需求，增材制造技术为解决上述问题提供了一种有效的途径。
[0003]增材制造技术集智能制造和精密成形等技术于一体，可以用于结构复杂零件的制备，实现对材料微观组织和宏观结构的可控成形。专利技术专利CN 112935252B公开了一种基于激光选区熔化技术制备高强韧共晶高熵合金的方法。通过优化成形工艺参数提高共晶高熵合金的致密性、降低内部残余应力、提高其力学性能，实现高强韧共晶高熵合金复杂结构件的一体化精密成形。专利技术专利CN113210629A公开了激光选区增材制造AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金的最佳工艺参数，得到与铸造工艺制备的合金相比致密度更高、晶粒更细小、具有更好拉伸力学性能的共晶高熵合金。
[0004]然而，使用增材制造技术制备共晶高熵合金时还存在如下问题：
①
粗大柱状晶且共晶组织控制难：共晶高熵合金优异的力学性能，主要归因于具有多主元特征的层片/棒状共晶组织。但在增材制造过程中，高的温度梯度导致合金形成粗大柱状晶。同时，共晶耦合扩散生长条件在快速凝固时极易被破坏，使规则层片或棒状共晶生长转向非规则反常共晶生长，导致共晶形态较传统方法制备的存在较大差异，且可控程度低；
②
冶金缺陷：由于增材制造是一种快冷快热和非平衡凝固的过程，在制造过程中不可避免地会产生粗大柱状晶、热应力、微裂纹和气孔等缺陷，降低工件的打印性能。在共晶高熵合金的制备过程中，仅通过优化加工参数往往不能解决材料的裂纹敏感性等问题。
③
力学性能各向异性：粗大柱状晶及共晶组织定向生长使合金的力学性能呈各向异性。通过在线原位调整熔池凝固的组织是系统性解决增材制造高熵合金打印缺陷问题的一条有效途径。
[0005]使用短脉冲、高峰值功率密度的激光束冲击增材制造高能束诱导的液态熔池，材料表面电离生成等离子体膨胀将形成GPa数量级的反冲压力，导致熔池发生高频振动。高频冲击波对熔池产生搅拌作用，能够促进熔池内的元素分布更加均匀；加快熔池内的热量的传递，减小熔池温度梯度，降低残余应力和裂纹生成趋势；抑制粗大柱状晶的生长，增加形核剂，实现晶粒细化。
[0006]目前，CN113414408A、CN107225244A和CN112276087A等专利都是用激光冲击
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增材复合制造技术调整工件应力分布、细化晶粒尺寸、提高力学性能。但是，基于激光冲击技术辅助增材复合制造共晶高熵合金，通过激光冲击波实现合金的共晶凝固行为、冶金缺陷以
及组织与性能调控的相关报道，仍属空白。
[0007]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种脉冲激光冲击
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增材复合制造超细共晶高熵合金方法及装置，旨在通过脉冲激光原位冲击增材制造形成的液态熔池，精细调控快速共晶凝固、冶金缺陷，以解决现有技术中存在的多个技术问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的实施例提供了方法，包括如下步骤：
[0010]S1、构建待建造目标的模型，确定增材制造参数，所述增材制造参数至少包括高能束焦点与基材的相对运动路径A1和运动速度V1，并同步得到脉冲激光的冲击参数，所述冲击参数至少包括扫描路径A2和扫描速度V2，满足相对运动路径A1与扫描路径A2一致，运动速度V1和扫描速度V2一致；
[0011]S2、依据模型、基材参数以及增材制造参数，确定脉冲激光的工作参数，所述工作参数包括脉冲能量、光斑大小、脉冲频率以及脉冲激光束相对于增材制造高能束的角度；
[0012]S3、对模型进行切片分层处理，在任一单层增材制造中同步施加脉冲激光冲击液态熔池，所述液态熔池由单层增材制造中高能束诱导形成，并且精细控制脉冲激光的工作参数和冲击熔池位置，达到共晶耦合扩散生长的条件；
[0013]S4、通过事后显微组织分析，判断该层是否达到共晶耦合扩散生长的条件和细小等轴晶的形成条件：
[0014](1)是，则继续按照导入的脉冲激光
‑
增材制造复合工艺参数，制造下一层，直至完成待建造目标的分层制造；
[0015](2)否，跳至步骤S3。
[0016]在本专利技术的一个或多个实施方式中，脉冲激光束满足：宽度不大于200ns、波长大于300nm、脉冲频率在1～200kHz、激光能量在0.01～50J之间。
[0017]在本专利技术的一个或多个实施方式中，脉冲激光束相对于增材制造高能束的角度满足：5～30
°
。
[0018]在本专利技术的一个或多个实施方式中，高能束与脉冲激光束的波长不同。
[0019]在本专利技术的一个或多个实施方式中，高能束与脉冲激光束的中心相偏离。
[0020]在本专利技术的一个或多个实施方式中，高能束与脉冲激光束的中心相偏离程度：脉冲激光束中心位于高能束形成的熔池中心至熔池边界之间任一位置。
[0021]在本专利技术的一个或多个实施方式中，高能束与脉冲激光束的中心相偏离程度满足：脉冲激光束中心位于高能束形成的熔池中心至熔池边界之间且与熔池边界距离为0
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D，其中高能束中心至熔池边界之间最大距离为D。优选的，高能束与脉冲激光束的中心相偏离程度满足：脉冲激光束中心位于高能束形成的熔池中心至熔池边界之间且与熔池边界距离为1/4D
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1/3D，其中高能束中心至熔池边界之间最大距离为D。
[0022]在本专利技术的一个或多个实施方式中，高能束选自：电子束、等离子束、离子束、激光束。在本专利技术的一个或多个实施方式中，同步施加为单层增材制造中高能束诱导基材形成熔池后，熔池温度保持在共晶高熵合金的固相线温度以上，并采用脉冲激光束轰击熔池。
[0023]在本专利技术的一个或多个实施方式中，装置，用于实施如前述脉冲激光冲击
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增材复合制造超细共晶高熵合金方法。
[0024]与现有技术相比，根据本专利技术实施方式的脉冲激光冲击
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增材复合制造超细共晶高熵合金方法及装置，
[0025]增材制造工艺可以为任意增材制造技术，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉冲激光冲击
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增材复合制造超细共晶高熵合金方法，包括如下步骤：S1、构建待建造目标的模型，确定增材制造参数，所述增材制造参数至少包括高能束焦点与基材的相对运动路径A1和运动速度V1，并同步得到脉冲激光的冲击参数，所述冲击参数至少包括扫描路径A2和扫描速度V2，满足相对运动路径A1与扫描路径A2一致，运动速度V1和扫描速度V2一致；S2、依据模型、基材参数以及增材制造参数，确定脉冲激光的工作参数，所述工作参数包括脉冲能量、光斑大小、脉冲频率以及脉冲激光束相对于增材制造高能束的角度；S3、对模型进行切片分层处理，在任一单层增材制造中同步施加脉冲激光冲击液态熔池，所述液态熔池由单层增材制造中高能束诱导形成，并且精细控制脉冲激光的工作参数和冲击熔池位置，达到共晶耦合扩散生长的条件；S4、通过事后显微组织分析，判断该层是否达到共晶耦合扩散生长的条件和细小等轴晶的形成条件：(1)是，则继续按照导入的脉冲激光
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增材制造复合工艺参数，制造下一层，直至完成待建造目标的分层制造；(2)否，跳至步骤S3。2.如权利要求1所述的脉冲激光冲击
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增材复合制造超细共晶高熵合金方法，其特征在于，所述脉冲激光束满足：宽度不大于200ns、波长大于300nm、脉冲频率在1～200kHz、激光能量在0.01～50J之间。3.如权利要求2所述的脉冲激光冲击
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增材复合制造超细共晶高熵合金方法，其特征在于，所述脉冲激光束相对于增材制造高能束的角度满足：5～30
°
。4.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆顺存，樊晓娟，王晓南，宋佳，胡增荣，吴子彬，张波，长海博文，
申请(专利权)人：魏桥苏州轻量化研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：