[发明专利]一种粉末床熔融增材制造用高熵合金球形粉末及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种粉末床熔融增材制造用高熵合金球形粉末及其制备方法与应用，属于增材制造技术领域。所述的粉末床熔融增材制造用高熵合金球形粉末的制备方法，包括如下步骤：准备高熵合金丝材、雾化前准备、等离子体雾化、粉末粒度分级及混合。本发明采用等离子体雾化法，利用等离子体射流对高熵合金丝材进行熔化，可以避免坩埚熔炼等方式引入杂质，保证高熵合金熔体的纯净度；通过等离子体射流作为雾化介质，可以大幅延长破碎液滴的球化时间，促进金属液滴凝固成球形粉末颗粒；制备的高熵合金粉末球形度高、表面光滑致密、无卫星球和空心粉、粉末流动性好、氧含量低、杂质少，满足粉末床熔融增材制造对高性能金属粉末的性能要求。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，特别涉及一种粉末床熔融增材制造用高熵合金球形粉末及其制备方法与应用。

背景技术

高熵合金(High-entropy alloys，HEAs)一般是指由4到13种主要元素以等原子比或近等原子比组成的具有简单固溶体结构的全新多元合金体系。相对于传统合金，高熵合金具有高熵效应，缓慢的扩散效应，严重的晶格畸变效应以及鸡尾酒效应，上述特性使得高熵合金在硬度、抗压强度、热稳定性、耐蚀性、磁性能及抗氧化性等方面具有优异的性能及巨大的潜在应用价值。

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术是通过离散-堆积原理将材料逐点逐层累积叠加形成三维实体的技术。该技术相对于传统的机械加工等减材制造技术，具有设计自由度高、一次成型复杂零件、减少材料浪费等优点，被誉为引领“第三次工业革命”的关键技术。金属增材制造技术是3D打印领域最具潜力的先进制造技术，已在航空航天、医疗器械、军工及汽车制造等领域得到了广泛的应用且发展势头迅猛。目前金属增材制造技术主要有3种：激光熔化沉积(Laser Melting Deposition，LMD)、选区激光熔化(SelectiveLaser Melting，SLM)和电子束选区熔化(Electron Beam Selective Melting，EBSM)。将金属增材制造技术用于制备高熵合金，可以简化缩短加工工序，一次成型三维复杂结构，节省原材料损耗等；同时由于打印过程伴有快速淬火，可降低第二相的形成几率，限制原子扩散和抑制脆性金属间化合物的形成。因此近年来增材制造高熵合金成为国内外科学家和工程师的研究热点。

增材制造技术使用的金属粉末需要满足球形度高、粒度分布窄、流动性好和松装密度高等要求。目前增材制造用高熵合金粉末主要通过气雾化法(包括真空气雾化VIGA和感应熔炼雾化EIGA)和旋转电极雾化法(PREP)制备，但气雾化法制备的粉末球形度差，且伴随有大量卫星球及空心粉，会造成粉末流动性差、产生打印缺陷并降低制品力学性能；而旋转电极雾化法制备的粉末粒度一般集中于106～248μm，无法满足选区激光熔化和电子束选区熔化等粉末床熔融增材制造工艺对金属粉末的细粒度要求(＜53μm)。

因此，目前亟需一种制备球形度高、粒度细的高熵合金球形粉末的方法，用于选区激光熔化和电子束选区熔化等粉末床熔融增材制造技术。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种粉末床熔融增材制造用高熵合金球形粉末的制备方法，具体地是提供一种用于选区激光熔化和电子束选区熔化等粉末床熔融增材制造用高熵合金球形粉末的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种由上述方法制备得到的粉末床熔融增材制造用高熵合金球形粉末。

本发明的再一目的在于提供上述粉末床熔融增材制造用高熵合金球形粉末的应用。

本发明的上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种粉末床熔融增材制造用高熵合金球形粉末的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备高熵合金丝材：将Al、Fe、Ni、Ti、V单质金属丝缠绕绞合，外套纯Cu管将缠绕金属丝束包紧，再经拉拔制成AlFeNiCuTiV系高熵合金丝材；将得到的高熵合金丝材表面进行清洗处理；