[发明专利]一种AlxCoCrFeNi高熵合金的激光快速制备方法

说明书

一种AlxCoCrFeNi高熵合金的激光快速制备方法，分别称取1摩尔单质铁粉、钴粉、铬粉及镍粉，与若干摩尔铝粉机械球磨，对球磨后的粉末粒径筛选；将筛选后的粉末进行激光3D打印，并初步优化工艺窗口；采用比色高温计记录3D打印过程中熔池中心的瞬时温度变化；提取并计算熔池平均温度T及温度波动范围W，根据1.6Tm≤T≤2.0Tm，W≤150℃原则对工艺参数进行优化，获得的优化工艺窗口：激光输出功率为800～1000W，激光光斑直径1.5~2.5mm，离焦量‑2mm，扫描速度为7～10mm/s，送粉量为15～20g/min；本发明能快速制备出高致密、组织成分均匀的AlxCoCrFeNi高熵合金成形件。

技术领域

本发明涉及激光金属材料加工领域，尤其涉及一种AlxCoCrFeNi高熵合金的激光快速制备方法。

背景技术

在传统合金的概念中，随着金属元素的增加，合金中的金属间脆性化合物随之增多，合金性能降低，因此传统合金的种类日趋饱和，亟需新型合金的出现于发展。1995，中国台湾学者首次提出多主元合金即高熵合金这一概念。其定义为由五种或五种以上的主要元素以等摩尔比或近等摩尔比的比例组成的固溶体合金，因其特有的高熵效应、迟滞扩散效应、鸡尾酒效应、晶格畸变效应等特性，使其具有高强、高硬、高耐磨性、抗高温蠕变性、无低温韧-脆转变、低温强韧化、极高温相结构稳定性等优于传统合金的特殊性能，能够用于极端服役环境和极限材料的制作中，引起了金属材料界学者对高熵合金研究的热潮。

AlxCoCrFeNi系高熵合金是最早研究的高熵合金系之一，此种合金通过对CoCrFeNi四元中熵合金中加入Al元素来增强合金的总体性能。众多研究都表明，随着Al元素的加入，合金会出现FCC-FCC+BCC-BCC的相转变，合金的硬度和强度也随之增加。传统的制造AlxCoCrFeNi系高熵合金的加工方式为电弧熔炼，此工艺需要将纯度大于99.5%的单质粉利用真空电弧熔炼得到合金块体，此过程制造周期长，且成形件组织多为大晶粒，存在元素偏析，必须以多次反复重熔的方法消除元素偏析及成分分布的不均匀性，从而使时间成本进一步加大。

激光3D打印作为增材制造的一种，近年来得到了广泛的关注。此方法通过激光熔化金属粉末或金属丝，使金属在短时间内熔化凝固，并通过激光熔覆头按照特定路径扫描金属粉末使其粘结并逐层累加成形。这种加工方式的优势在于成形速度快，制造效率高，所制备合金成形件组织细小、成分分布均匀，非常适合快速制备高熵合金。目前，国内外学者在激光3D打印高熵合金的研究主要聚焦于成形件的成分-结构-性能，而关于高熵合金激光快速制备工艺的研究仍然较少。本发明提出方法可实现AlxCoCrFeNi高熵合金的激光快速制备。

发明内容

本发明的目的是提出一种AlxCoCrFeNi高熵合金的激光快速制备方法，该方法操作简便、有效，能够对枝晶形貌进行有效调控。具体包括以下步骤：

步骤一：将分别取1摩尔单质铁粉、钴粉、铬粉及镍粉，与x摩尔铝粉进行混合，再机械球磨8~12小时，球磨结束后筛选出粒径为45μm至110μm的粉末；铝粉摩尔数为0＜x＜2；

步骤二：对激光3D打印工艺窗口进行初步优化，获得如下初步优化参数：激光输出功率为750～1100W，激光光斑直径1.5~3mm，扫描速度为6～12mm/s，送粉量为14～22g/min；

步骤三：采用比色高温计记录激光3D打印过程中熔池中心的瞬时温度变化，获得温度变化曲线，提取并计算熔池平均温度T及温度波动范围R；

步骤四：根据1.6Tm≤T≤2.0Tm，R≤150℃原则对激光输出功率、激光光斑直径、离焦量、扫描速度及送粉量等工艺参数进行优化，其中Tm为AlxCoCrFeNi高熵合金熔点；

步骤五：获得的优化工艺参数如下：激光输出功率为800～1000W，激光光斑直径1.5~2.5mm，离焦量-2mm，扫描速度为7～10mm/s，送粉量为15～20g/min；