[发明专利]一种用于增材制造的中熵合金材料及应用方法

说明书

本发明公开了一种用于增材制造的中熵合金材料及应用方法，涉及增材制造领域，其特点在于材料组分包括Cr、Co、Ni，原子百分比构成分别为20％～50％。其应用方法为选择大小合适的金属基板，采用热源融化各组分，在机器人控制电脑中输入工件的3D模型的扫描路径文件，以给定路径进行扫描，待全部扫描完成、冷却后使用线切割令工件与基板分离，清洗、打磨、抛光工件。本发明利用中熵合金中强力的固溶强化效应，能得到强度高、强韧匹配好的打印态工件，同时利用“扩散阻滞”效应，延缓甚至阻止基板材料的扩散，防止了各种脆性中间相的形成；同时涉及的元素较少、配制简单，易于实现工业化生产，具有成本低、环境友好等优点。

技术领域

本发明属于增材制造领域，涉及一种用于增材制造的中熵合金材料及应用方法。

背景技术

高熵合金(High Entropy Alloy，HEA)是多主元合金的一个分支，意为五种或以上元素组成的单相合金。在高熵合金中，多种原子半径各异，带来极大的晶格畸变导致原子的扩散极为困难，此所谓“扩散阻滞”效应。同时，高熵合金中含有的多种原子形成单相固溶体，具有极强的固溶强化效应。因此，用高熵合金制成的材料即便无需加工也能达到很高的强度。此外，高熵合金中还有“高熵效应”、“鸡尾酒效应”、“晶格畸变效应”多种核心效应，决定了高熵合金相对于传统金属材料的巨大差别。

中熵合金则是近些年来在高熵合金基础上发展出的又一类新概念，意为主元素为三元的单相合金。中熵合金中同样有着“扩散阻滞”及固溶强化效应，且强韧性匹配一般较高熵合金更优。目前，国内专家对此做过大量研究，中国专利CN108866417A中利用在中熵合金CoCrNi体系中加入Mn元素来提高抗拉强度和延伸率。中国专利CN108998714A中利用真空熔炼FCC单相CoCrNi母合金-真空熔炼BBC单相AlTiNi中间合金，母合金和中间合金重熔吸铸-均匀化退火-时效处理-固溶处理获得FCC+BCC双相中熵合金。以上两种合金均以CrCoNi中熵合金为基体，通过添加其他元素或相以获得更高的强度、耐蚀性等。但若将此类中熵合金用于增材制造，人为引入其它相则会导致更多脆性中间相的产生，在增材制造产生的大过冷度下难以保持原有结构，甚至会削弱机械性能。

使用高熵合金进行增材制造也是近年来国内研究热点之一。中国专利CN107900335A公布了一种CrMnFeCoNiAlTi体系高熵合金的激光增材应用方法；CN105525232A公布了一种CuMnTiMoCrFe体系高熵合金非晶粉末的增材应用方法；CN107130124A公布了一种AlCoCuFeNi体系高熵合金的增材应用方法。以上增材应用方法利用高熵合金的固溶强化效应及增材制造中大过冷度下高密度的树枝晶带来的细晶强化效应，能得到强度很高的打印态工件。但相较中熵合金，高熵合金的强韧匹配往往较差，且在低温下的机械性能一般弱于中熵合金。此外，参与元素过多导致的工艺复杂，生产难以实现工业化也是其面对的挑战之一。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于增材制造的中熵合金材料。

本发明将增材制造领域的需求同中熵合金的特点结合，提供了一种用于增材制造的CrCoNi中熵合金及使用方法。利用中熵合金中强力的固溶强化效应，能得到强度高、强韧匹配好的打印态工件，同时利用“扩散阻滞”效应，延缓甚至阻止增材制造过程中基板材料的扩散，防止了各种脆性中间相的形成，无需切除过渡区，极大提升了工件整体性能和材料利用率。且由于涉及的元素较少，配制简单，易于实现工业化生产；同时具有成本低、环境友好等优点。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是中熵合金人为引入其它相导致用于增材制造更多脆性中间相的产生，在增材制造产生的大过冷度下难以保持原有结构，甚至会削弱机械性能；高熵合金的强韧匹配往往较差，且在低温下的机械性能一般弱于中熵合金，而且参与元素过多导致的工艺复杂，生产难以实现工业化。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于增材制造的中熵合金，其特点在于，组分包括Cr、Co、Ni。