[发明专利]一种高强韧高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧高熵合金及其制备方法，按质量分数以上原料进行混合，对其进行干燥脱氧后，采用SLM工艺进行成型得到高强韧高熵合金，得到一种新的非等原子比的高强高韧性多主元高熵合金，与现有高熵合金不同。采用3D打印技术实现了常规方法无法替代的制备合金的新方法，特别是该方法更易于复杂结构的成型，能够满足航空、航天等领域复杂构件的需求。得到的高强韧高熵合金密度为8.5‑8.9g/cm³，抗拉强度为800‑830MPa，断后伸长率为21‑23％，所选用的合金化元素价格低廉，没有一些较贵的元素。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种高强韧高熵合金及其制备方法。

背景技术

随着航空航天、先进机动车等高技术产业的快速发展，材料制备技术的不断更新，人们对材料性能提出了更高的要求，传统的材料已不能满足现役复杂的工况需求。为此，研究人员不断探索和突破合金的化学成分范围，寻找性能优异的新型金属结构材料。高熵合金是一种新型的合金材料，且合金含有五个、五个以上的主要元素。该合金没有明显的溶质和溶剂之分，被认为是一种超级固溶体合金，此类固溶体固溶强化效应异常强烈，可以显著提高合金的强度和韧性。而少量有序相的析出和纳米晶及非晶相的出现也会对合金起到进一步强化的效果。因此，高熵合金具有一些传统合金无法比拟的优异性能，如高强韧、高硬度、高耐磨、高热阻、高电阻率、抗高温氧化、抗高温软化。因此，高熵合金材料可以大幅扩展材料的服役范围，得到了国内外的普遍关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强韧高熵合金及其制备方法，该方法制备的合金具有优异的力学性能，达到了高强高韧合金的要求。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强韧高熵合金，由以下原料按质量分数计制备而成：Ni：33％～39％、Cr：16～24％、W：7～15％、Fe：25～35％、Ti：1％～7％。

进一步的，采用高强韧高熵合金形成材料的密度为8.5-8.9g/cm³，抗拉强度为800-830MPa，断后伸长率为21-23％。

一种高强韧高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)、按质量分数取以下原料：Ni：33％～39％、Cr：16～24％、W：7～15％、Fe：25～35％、Ti：1％～7％；

步骤2)、将以上原料混合后制备为球形合金粉末并进行干燥脱氧；

步骤3)、将干燥脱氧后的球形合金粉末在Ar气体保护、氧含量小于200ppm、腔压力0-30mbar的环境下采用SLM工艺进行成型得到高强韧高熵合金。

进一步的，球形合金粉末纯度≥99.9％，粒度为15～53μm。

进一步的，将纯度≥99.9％的Ni、Cr、W、Fe和Ti元素的单质粉末按照元素含量配比，均匀混合，球磨制备成球形合金粉末；或者将纯度≥99.9％的Ni、Cr、W、Fe和Ti块体按照元素含量配比熔炼制备成棒料，再将棒料同气雾化或旋转电极法制备成球形合金粉末。

进一步的，将制得的球形合金粉末置于干燥箱进行干燥脱氧，其中真空度为1×10^-2Pa，温度为60～120℃，时间为6～12h，之后自然冷却至室温，真空封装保存。

进一步的，将步骤2)制得的合金粉末置于SLM金属3D打印机粉缸内，腔内为惰性气体保护，氧含量控制在200ppm以内，成形腔压力0-30mbar；设置3D打印机的功率为250～350W，扫描速度为1500～3500mm/s，旋转角0～90°扫描间距为60～90μm，铺粉量为30μm，送粉量为80μm，完成即可得到高强韧高熵合金。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：