[发明专利]一种高熵合金双联工艺制备方法

说明书

本发明涉及高熵合金技术领域，具体公开一种高熵合金双联工艺制备方法。所述高熵合金双联工艺制备方法，首先，按照要制备的高熵合金的元素组成、含量及物化性质分解设计4根焊丝的种类和焊丝元素的组成、含量、存在形式及存在位置，制备焊丝；其次，采用集成四丝脉冲气体保护焊工艺协同增材制造高熵合金；最后，采用真空自耗重熔工艺对高熵合金进行精炼。本发明提供的高熵合金双联工艺制备方法，工艺稳定，制备效率高，成本低，热输入调节范围大，可选的合金元素范围广，制备的高熵合金种类多，合金成分调节方便且精确可控，化学成分均匀，组织致密均匀，纯净度高，内部质量优良。

技术领域

本发明涉及高熵合金技术领域，尤其涉及一种高熵合金双联工艺制备方法。

背景技术

高熵合金经过国内外学者的广泛深入研究，高熵合金的制备方法取得了显著的进展，但是由于高熵合金的元素组成复杂，往往存在熔点、沸点及密度的重大差异，给高熵合金的制备带来了巨大的挑战。对于块体高熵合金的制备，目前最常使用的方法是真空电弧熔炼、真空电磁感应熔炼、激光增材制造等熔化方法。

真空电弧熔炼采用电弧热作为热源，可熔炼熔点较高的合金，但是该方法存在一些缺点，首先，难以制备含有熔点、沸点差异大的元素的高熵合金，由于低熔点元素易于挥发，很难控制元素的烧失率；其次，制备效率低，每次熔炼合金重量有限，且随着合金主元的增多，成分和组织均匀性变差。

真空感应熔炼是将合金原料放置在真空感应熔炼炉中，采用感应加热将合金熔化，该方法可将合金中氢、氧、碳、氮等元素去除到较低水平，但是该方法仍有不足之处，首先，高温合金熔体与坩埚耐火材料容易反应，污染熔体；其次，合金容易出现凝固偏析、缩孔等缺陷；最后，含有高熔点的合金元素的高熵合金熔炼难度大，限制了其应用范围。

激光增材制造能够制备成分较均匀的精密金属零件，然而，该方法存在一些缺点，首先，工艺较复杂，成型速度较低，容易产生裂纹、孔隙等缺陷；其次，对于含有熔点、沸点差异大的元素的高熵合金，由于低熔点元素的挥发，难以精确控制合金成分；最后，对粉末的质量要求极高，对于激光金属直接成形技术，如果采用机械混合粉末，则在送粉的过程中，由于各个成分的密度不同，会导致送粉不均匀，进而使得合金成分不均匀，如果采用合金化粉末，则存在粉末成本较高和成分污染问题。

总之，对于采用熔化法制备高熵合金主要存在三方面难题，首先，如何实现含有熔点和沸点差异大的元素的高熵合金的制备，由于只有一个热源，若温度过高，出现低熔点元素挥发，若温度过低，高熔点元素难以熔化，因此，热源温度的单一性限制了高熵合金元素的选择范围；其次，如何高效实现大块高熵合金的成分和组织均匀化问题，由于元素种类多众多，密度差异大，制备成分和组织均匀的大体积高熵合金是非常困难的；最后，如何制备高纯净度的高熵合金，由于制备过程中的污染、氧化和氮化等难以控制。

发明内容

针对现有技术存在的制备成本高，效率低，合金元素可选种类少，合金成分调节困难，制备含有熔点、沸点及密度等物化性能差异大的合金元素的的高熵合金困难，制备的高熵合金种类有限，合金成分和组织不均匀，纯净度低，内部质量差，易产生气孔、裂纹、夹渣、凝固偏析及缩孔等缺陷问题，本发明提供了一种高熵合金双联工艺制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种高熵合金双联工艺制备方法，包括以下步骤：

(1)按照要制备的高熵合金元素组成、含量及物化性质分解设计4根焊丝的种类和焊丝元素的组成、含量、存在形式及存在位置，高熵合金包括主要合金元素、次要合金元素和微量合金元素，高熵合金元素中熔点为3200℃～3800℃的高熔点合金元素的存在形式为合金，高熵合金元素中熔点为150℃～800℃的低熔点合金元素的存在位置为实心焊丝或药芯焊丝的合金外带中的至少一种情况，使得每根焊丝的成分物化性质接近，然后制备焊丝；