[发明专利]一种激光增材制造的CrMoVNbAl高熵合金及其成形工艺

说明书

本发明公开了属于金属材料制备技术领域域的一种激光增材制造的CrMoVNbAl高熵合金及其成形工艺。所述合金原料Cr、Mo、V、Nb、Al按等摩尔比称取，制备成合金锭，然后雾化成粉末激光增材制造进行CrMoVNbAl高熵合金的成形。所述高熵合金的硬度为HV0.2＝800‑850，抗压强度为1700‑1800MPa，具有高强度和良好的耐磨性。同时，所述成形工艺具有无需模具、材料利用率高、机械加工量小、生产成本低、制造周期短、柔性高效等优点，采用高性能材料与先进材料制备方法结合，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域，尤其涉及一种激光增材制造的CrMoVNbAl高熵合金及其成形工艺。

背景技术

传统合金中，如果组成的元素较多，合金会形成脆性金属间化合物，使其性能恶化。高熵合金以等原子比或近似等原子比的多个元素为主元，因此高熵合金与传统合金有不同的特点。研究发现，将5种或5种以上的金属元素按等摩尔比或近等摩尔比混合在一起，不区分主要元素。熔炼得到的合金具有显微结构简化、不倾向于出现金属间化合物、具有纳米析出物和非晶等结构特征，有效降低了多主元引起的合金的脆性，有利于形成简单的结晶相，具有高强度、高硬度、耐回火软化、耐磨等综合性能，可应用于制作高强度、耐高温、耐腐蚀的零部件，具有极为广阔的应用前景。高熵合金传统制备工艺一般采用加热熔炼或电化学沉积法制备，两类制备方法对所选组元有较高的选择性，设备昂贵且制备时间较长、能耗高。

传统的制备工艺难以实现零件的一体成形，越来越难适应零件的设计需求。激光增材制造技术通过高功率激光熔化同步输送的原料合金粉末，逐层堆积出具有致密组织和良好性能的零件，具有成形过程无需模具、材料利用率高、机械加工量小、生产成本低、制造周期短、柔性高效等优点，特别适合于成形高性能、难加工、材料成本高的零件，是新材料和先进制造领域的国际研究前沿和竞争热点。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种激光增材制造的CrMoVNbAl高熵合金，所述合金原料Cr、Mo、V、Nb、Al按等摩尔比称取，原料纯度不低于99.5wt.％。

按物质的量百分比计，所述合金原料含量为：Cr 19.5％～20.5％、Mo 19.5％～20.5％、V19.5％～20.5％、Nb 19.5％～20.5％，Al 19.5％～20.5％。

所述CrMoVNbAl高熵合金的硬度为HV0.2＝800-850，抗压强度为1700-1800MPa，具有高强度和良好的耐磨性。

一种激光增材制造的CrMoVNbAl高熵合金成形工艺，采用激光增材制造工艺将CrMoVNbAl高熵合金粉末成形，得到CrMoVNbAl高熵合金。

所述激光增材制造工艺参数为：激光功率：1000W～2000W，送粉量3～10g/min，成形过程在空气中进行，成形速率：3～10mm/s，载气流量4～6L/min，层高：0.3～1.0mm，成形路径由CAD建模、剖分、填充并输出代码控制。

一种激光增材制造的CrMoVNbAl高熵合金成形工艺，还包括CrMoVNbAl高熵合金粉末的制备方法。

所述CrMoVNbAl高熵合金粉末的制备方法，步骤为：

1)称取合金原料，混合熔炼得到合金锭；

2)将合金锭雾化制备合金粉末。

所述步骤1)中熔炼工艺为将原料熔点由低到高顺序Al、Cr、V、Nb、Mo依次放入高真空非自耗电弧熔炼炉，熔炼CrMoVNbAl高熵合金锭，熔炼过程在高纯氩气保护下进行，充分熔化后保温10～30分钟，然后炉冷。

所述步骤1)中合金锭为纽扣合金锭，重量为50～150g，合金锭硬度为HV0.2＝630-650，抗压强度为1580-1630MPa。