[发明专利]一种激光熔化沉积制备Al1.2CoxCrFeNi高熵合金的方法

说明书

本发明公开一种激光熔化沉积制备Al 1.2CoxCrFeNi高熵合金的方法，其特征在于包括将Al、Co、Cr、Fe、Ni五种金属单质粉末按照原子比1.2:(2.2～2.8):1:1:1，球磨混合均匀后，真空干燥，配置为Al 1.2CoxCrFeNi高熵合金粉末，再将混合后的粉末通过同轴送粉的方式在不锈钢基板上采用激光进行多层多道激光沉积增材制备BCC/FCC双相块体高熵合金的具体方法，基于上述原子比例的混合粉末进行激光沉积能够生成BCC/FCC双相高熵合金组织，沉积的高熵合金块体经检测致密度良好，具有较高的压缩强度和拉伸强度。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其是涉及到一种激光熔化沉积制备Al1.2CoxCrFeNi高熵合金的方法。

背景技术

近年来，高熵合金作为新兴的一种多主元材料因其具有高硬度，高强度、高韧性，良好的耐磨性能和高的热稳定性等优异性能引起了国内外诸多材料学者的广泛关注。通常的材料科学理论认为添加的元素越多越容易形成金属间化合物等复杂相，不利于合金的性能。但是大量实验发现，三种或五种以上主元的合金可以形成稳定的固溶体相而不是多种复杂相。2004年，中国台湾学者叶均蔚教授等人率先摆脱传统合金制造理念，提出多主元合金设计理念，即“高熵合金”。不同于一般合金，多种元素的组合没有生成多相或金属间化合物，而生成了BCC、 FCC、HCP等简单固溶体相，叶教授把此种现象归因于多主元系统的热力学约束所产生的高混合熵。

目前，高熵合金的制备方法多以传统的真空电弧熔炼和熔铸技术为主。研究发现，电弧熔炼的制备的高熵合金具有简单的固溶体结构和优良的力学性能。而电弧熔炼冷却速度较慢，制备的合金容易出现宏观偏析、缩孔等缺陷，而且电弧熔炼方法及熔铸方法制备复杂零件周期较长，原料利用率低，成本高。因此，随着增材制造技术的发展，近年来利用3D打印技术成型高熵合金的研究受到各国学者的青睐。激光熔化沉积增材技术因其具有快速熔化后又快速凝固的特点，容易获得细小的晶粒组织，可以有效地抑制偏析、成分不均匀等现象，从而能够制备性能更加优异的块体合金。

发明内容

本发明针对现有的传统制备工艺的不足，提供了一种激光熔化沉积制备Al1.2CoxCrFeNi高熵合金的方法，制备出的块体高熵合金致密度良好，具有较高的硬度、压缩强度和拉伸强度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种激光熔化沉积制备Al1.2CoxCrFeNi高熵合金的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将不锈钢基板在激光沉积前先用角磨机打磨光滑、干净，确保表面无氧化物、油污等不利于沉积的物质，之后用无水乙醇进行清洗，然后放入干燥箱中干燥备用；

2)配置由Al、Co、Cr、Fe、Ni五种金属单质粉末的激光增材制造用高熵合金粉末，所述高熵合金粉末的五种金属单质粉末的原子比为1.2:(2.2～ 2.8):1:1:1，且Al、Co、Cr、Fe、Ni纯度≥99.5％，粒度在150目-300目；

3)将配置好的五种金属单质粉末放入行星式球磨机中以转速100r/min球磨4 小时使粉末混合均匀，再将球磨好的混合粉末放入真空干燥箱中，在120℃下干燥两个小时然后取出备用；

4)设定以纯度为99.99％的氩气作为惰性保护气且确保充足，光斑直径为 1mm～6mm，激光搭接率为40％～50％，激光功率为1500W～2500W,扫描速度为 5mm/s～15mm/s,送粉速度为0.6rad/min～1.2rad/min，保护气流量为15～ 25L/min；

5)设定完成后，启动设备通过同轴送粉的方式在纯度为99.99％的氩气保护下在304不锈钢基板上进行多层多道沉积，最终得到Al1.2CoxCrFeNi高熵合金块体。

进一步的，所述步骤3)的配置还包括将五种金属单质粉末投入行星式球磨机不锈钢罐中，并放入与粉末体积大致相同的直径分别为5mm和8mm的氧化铝球配合加工，其中5mm氧化铝球和8mm氧化铝球的质量比为3:7