一种选区电子束熔化技术制备高致密度和高强韧高熵合金的方法技术

本发明专利技术属于合金制造技术领域。本发明专利技术提供了一种选区电子束熔化技术制备高致密度和高强韧高熵合金的方法，通过电子束增材技术得到合金构件，对合金构件固溶处理后即可获得。本发明专利技术提供的高熵合金具有良好的致密度、尺寸精度，以及优异的力学性能。测试后发现合金构件的产品组织得到改善，晶粒沿着建造方向生长，且晶粒内存在枝晶，由FCC相、L12相和L21相构成。经过后续热处理工艺得到的高熵合金主要由FCC相、L12相组成，合金的力学性能得到了进一步的提高。本发明专利技术提供的高熵合金经过测试室温屈服强度为601.7MPa，抗拉强度为848.8MPa，断裂伸长率为23.9％，是一种性能优异的合金。是一种性能优异的合金。是一种性能优异的合金。

【技术实现步骤摘要】
一种选区电子束熔化技术制备高致密度和高强韧高熵合金的方法


[0001]本专利技术涉及合金制造
，尤其涉及一种选区电子束熔化技术制备高致密度和高强韧高熵合金的方法。

技术介绍

[0002]传统的金属材料设计理念，是以一种或两种元素为主，通过添加少量的合金化元素来提高材料的性能。目前这种传统的金属材料经过长期的研究已经变得非常成熟，性能已经接近极限，而且很难进一步突破。因此需要进一步开发新的材料设计理念来提高材料的性能以满足使用的要求。在这样的应用背景下提出了一种全新的材料设计理念高熵合金。高熵合金，又称多主元合金，它被定义为包含五种或五种以上元素，按照等摩尔比或近似等摩尔比组成的固溶体合金。目前研究发现高熵合金具有高比强度、良好的塑性和耐腐蚀等优良的性能，如何制备出高熵合金是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种选区电子束熔化技术制备高致密度和高强韧高熵合金的方法。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种选区电子束熔化技术制备高致密度和高强韧高熵合金的方法，包含下列步骤：
[0006](1)在真空环境中，对电子束增材制造设备的基板进行预热；
[0007](2)在预热后的基板上铺展高熵合金粉末，进行预热和熔化，得到底层；
[0008](3)在底层上表面重复进行高熵合金粉末的铺展、预热和熔化，得到合金构件；
[0009](4)将合金构件进行固溶处理，即得所述高熵合金。
[0010]作为优选，所述步骤(1)中真空环境的真空度为0.004～0.006Pa。
[0011]作为优选，所述步骤(1)中预热的电流为20～30mA，所述预热的扫描速度为10～20m/s，所述预热的目标温度为900～1100℃，所述预热的面积为90～110
×
90～110mm2。
[0012]作为优选，所述步骤(2)中高熵合金粉末的成分为(FeCoNi)
x
Al
y
Ti
z
，所述x的取值范围为80≤x＜100；所述y的取值范围为0＜y≤10；所述z为100
‑
x
‑
y，所述z＞0。
[0013]作为优选，所述步骤(2)中高熵合金粉末的粒径为53～150μm；
[0014]所述铺展的厚度为40～60μm，所述铺展的面积为8～12
×
8～12mm2。
[0015]作为优选，所述步骤(2)中预热的电流为15～28mA；所述预热的扫描速度为10～20m/s，所述预热的扫描次数为15～25次。
[0016]作为优选，所述步骤(2)中熔化的电流为3.5～5mA，所述熔化的扫描速度为0.35～0.6m/s，所述熔化的扫描间距为0.1～0.2mm。
[0017]作为优选，所述步骤(3)中铺展的单层厚度为40～60μm，所述步骤(3)中预热的电
流为15～28mA；所述预热的扫描速度为10～20m/s，所述预热的扫描次数为15～25次。
[0018]作为优选，所述步骤(3)中熔化的电流为3.5～5mA，所述熔化的扫描速度为0.35～0.6m/s，所述熔化的扫描间距为0.1～0.2mm；合金构件中相邻层的平面扫描方向的夹角为80～100
°
。
[0019]作为优选，所述步骤(4)中固溶处理的温度为1100～1300℃，所述固溶处理的时间为0.8～1.2h，所述固溶处理的淬火温度为15～25℃。
[0020]本专利技术提供了一种选区电子束熔化技术制备高致密度和高强韧高熵合金的方法，采用电子束选区熔化技术制备了表面平整的高熵合金，本专利技术中对底层高熵合金的预热有利于降低合金的残余应力，高熵合金具有良好的致密度、尺寸精度，以及优异的力学性能。测试后发现合金构件的产品组织得到改善，晶粒沿着建造方向生长，且晶粒内存在枝晶，由FCC相、L12相和L21相构成。经过后续热处理工艺得到的高熵合金主要由FCC相、L12相组成，合金的力学性能得到了进一步的提高。
附图说明
[0021]图1为实施例1中高熵合金粉末的电子显微镜图；
[0022]图2为实施例1中合金构件的上表面图；
[0023]图3为实施例1中高熵合金XY面抛光后腐蚀的光学电子显微镜图；
[0024]图4为实施例2中高熵合金XY面抛光后腐蚀的光学电子显微镜图；
[0025]图5为实施例2中高熵合金XZ面抛光后腐蚀的光学电子显微镜图；
[0026]图6为实施例3中合金构件的XRD图；
[0027]图7为实施例3中合金构件的应力应变曲线图；
[0028]图8为实施例3中高熵合金的XRD图；
[0029]图9为实施例3中高熵合金的应力应变曲线图。
具体实施方式
[0030]本专利技术提供了一种选区电子束熔化技术制备高致密度和高强韧高熵合金的方法，包含下列步骤：
[0031](1)在真空环境中，对电子束增材制造设备的基板进行预热；
[0032](2)在预热后的基板上铺展高熵合金粉末，进行预热和熔化，得到底层；
[0033](3)在底层上表面重复进行高熵合金粉末的铺展、预热和熔化，得到合金构件；
[0034](4)将合金构件进行固溶处理，即得所述高熵合金。
[0035]在本专利技术中，根据高熵合金中的各元素摩尔比进行配比，采用气雾化法制得(FeCoNi)
x
Al
y
Ti
z
高熵合金粉末并放置于电子束选区熔化设备的粉箱中；构建高熵合金的三维数字模型，并导入到切片软件中切片，获得切片数据，将切片数据导入电子束选区熔化设备中，准备完成后预热基板。
[0036]在本专利技术中，所述气雾化法的霍尔流速优选为26～28s/50g，进一步优选为26.3～27.7s/50g，更优选为26.6～27.4s/50g。
[0037]在本专利技术中，所述步骤(1)中真空环境的真空度优选为0.004～0.006Pa，进一步优选为0.0044～0.0056Pa，更优选为0.0048～0.0052Pa。
[0038]在本专利技术中，所述步骤(1)中预热的电流优选为20～30mA，进一步优选为22～28mA，更优选为24～26mA；所述预热的扫描速度优选为10～20m/s，进一步优选为12～18m/s，更优选为14～16m/s；所述预热的目标温度优选为900～1100℃，进一步优选为940～1060℃，更优选为980～1020℃；所述预热的面积优选为90～110
×
90～110mm2，进一步优选为92～108
×
92～108mm2，更优选为96～104
×
96～104mm2。
[0039]在本专利技术中，基板温度到达第一温度后进行除气，所述第一温度优选为450～5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选区电子束熔化技术制备高致密度和高强韧高熵合金的方法，其特征在于，包含下列步骤：(1)在真空环境中，对电子束增材制造设备的基板进行预热；(2)在预热后的基板上铺展高熵合金粉末，进行预热和熔化，得到底层；(3)在底层上表面重复进行高熵合金粉末的铺展、预热和熔化，得到合金构件；(4)将合金构件进行固溶处理，即得所述高熵合金。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中真空环境的真空度为0.004～0.006Pa。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中预热的电流为20～30mA，所述预热的扫描速度为10～20m/s，所述预热的目标温度为900～1100℃，所述预热的面积为90～110
×
90～110mm2。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中高熵合金粉末的成分为(FeCoNi)
x
Al
y
Ti
z
，所述x的取值范围为80≤x＜100；所述y的取值范围为0＜y≤10；所述z为100
‑
x
‑
y，所述z＞0。5.如权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中高熵合金粉末的...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾延东，彭聪，王刚，孙康，卞西磊，翟启杰，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：