[发明专利]一种用于增材制造的TiVNbTa难熔高熵合金球形粉末及其制备方法

说明书

本发明公开一种用于增材制造的TiVNbTa难熔高熵合金球形粉末及其制备方法。首先采用真空电磁感应悬浮熔炼法制备TiVNbTa难熔高熵合金铸锭；然后进行氢化、机械球磨和脱氢处理，获得一定粒度分布的难熔高熵合金粉末；最后利用射频感应等离子球化工艺制备难熔高熵合金球形粉末。本发明制备的TiVNbTa难熔高熵合金球形粉末球形度高、粒度分布集中、成分均匀、杂质含量低、原料利用率高。本发明解决了难熔高熵合金的制粉难题，能够批量制备难熔高熵合金球形粉末，并用于选区激光熔化、电子束选区熔化等增材制造技术，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及高熵合金技术领域，具体涉及一种用于增材制造的TiVNbTa难熔高熵合金球形粉末的制备方法。

背景技术

高熵合金具有多种主要组成元素，突破了传统的以一种或两种组元为主要元素的设计理念。多种合金元素间协同作用，使高熵合金具有高强度、高硬度、优异的耐磨性、良好的结构稳定性、耐腐蚀性等。难熔高熵合金具有多种高熔点组元，并且这些组元大多是体心立方稳定元素，因此这个系列的高熵合金具有良好的高温强度和高温抗软化性能，其中TiVNbTa难熔高熵合金在拥有高强度的同时还拥有良好的室温塑性。

选区激光熔化是难熔高熵合金增材制造技术中的一种主要技术。该技术以高能激光作为能量源，根据计算机设定的扫描路径逐层将铺设在基板上的粉末熔化，最终形成设计形状的工件，其能量密度高、束斑直径小、热影响区小，能够快速熔化难熔金属元素。与传统制造工艺相比，选区激光熔化可直接成形复杂结构件，成形精度高，成形后仅需要简单的后处理即可达到使用要求。

电子束选区熔化与选区激光熔化相似，以电子束为能量源，将铺设的粉末轰击熔化，逐层堆积形成零件。与激光束相比，电子束能量利用率高、成形速度快，但是电子束无法实现如激光束一样精确的光斑，因此电子束选区熔化在尺寸精度和精密功能件的制备上不如选区激光熔化。

选区激光熔化、电子束选区熔化等增材制造技术需要将粉体逐层均匀地铺在基板上，因此要求粉体具有良好的流动性和球形度。目前采用机械合金化方法可以制备出难熔高熵合金粉末，如中国专利CN109108273A通过机械球磨的方法制备出了NbZrTiTa难熔高熵合金粉末，但直接机械球磨制得的粉末形状不规则，会出现铺粉不均匀的现象，影响增材制造工件的成形质量。采用传统雾化法虽然可以制备出增材制造用的高熵合金球形粉末，如中国专利CN108480615B、CN103056352B和CN105950947B中采用气雾化的方式制备出了适合增材制造用的FeCoNiCrMoAl、Fe_xAlCoCrNiB_0.3等高熵合金球形粉末，但传统雾化法难以达到难熔高熵合金的熔点，在制备难熔高熵合金球形粉末时存在较大困难。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种用于增材制造的TiVNbTa难熔高熵合金球形粉末的制备方法，能够批量制备难熔高熵合金球形粉末，满足选区激光熔化、电子束选区熔化等增材制造技术的需要。

为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案为：

一种用于增材制造的TiVNbTa难熔高熵合金球形粉末的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将纯度大于99.9wt.％的Ti、V、Nb、Ta难熔金属单质按一定成分配比称量，每种难熔金属的原子百分比介于5％～30％之间；

(2)将称量好的难熔金属原料放入真空电磁感应悬浮熔炼炉中，抽真空低至2.5×10^-3MPa，再充入氩气保护，反复熔炼至少5次，每次熔炼时间至少20min，熔炼完成后得到成分均匀的TiVNbTa难熔高熵合金铸锭；

(3)对难熔高熵合金铸锭进行氢化处理，氢化前对氢化罐抽真空再充入氢气，在150～460℃进行氢化，氢化时间为60～180min，氢化完成后难熔高熵合金铸锭粉化并生成氢化物颗粒，平均颗粒尺寸大于100μm；