【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种合金的激光增材制备方法。
技术介绍
1、近年来，随着航空航天、交通、能源等领域的快速发展，传统的金属及合金材料已不能顺应这种快速迭代的趋势。中/高熵合金突破了传统合金理论的范畴，中/高熵合金由三种或者三种以上元素以等摩尔比或近等摩尔比混合而成，具有高强度、高硬度、耐磨耐蚀等诸多优异性能，在众多高科技领域具有非常广阔应用前景。然而，通常面心立方结构的无序固溶体中/高熵合金具有低强度、高塑性和优异的低温断裂韧性，而有序结构的中/高金属间化合物则表现出高强度、低塑性、耐高温等特点，这种强塑性、高低温性能不匹配(强塑性倒置)的现状极大限制了其应用。
2、目前，采用传统方法，梯度物理沉积、电化学沉积、累积轧制等工艺制备异质材料存在样品尺寸较小、结构或成分调控困难等局限性。而激光定向能量沉积增材成形技术所具有的离散-堆积特征不仅可以在多维度方向上自由设计结构，还可以做到不同部位合金成分的精准沉积和调控，可用于高性能异质中/高熵合金构件的一体化成形制备，实现其成分、结构、性能的智能化协同控制，从而拓展中/高熵合金构件在航天领域、极地探索、空间复杂极端环境的应用。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有的中/高熵合金存在强塑性倒置和服役温域窄的问题，提供了一种宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法。
2、本专利技术宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法按照以下几个步骤进行：
3、步骤一：取cocrni合金粉末和(cocrni)10
4、所述(cocrni)100-x-yaxby中，a为al、ti、mo或v，b为al、ti、mo或v，a和b不相同，x＝3～12，y＝3～12；x+y≤14时为中熵合金，x+y>14时为高熵合金；
5、所述cocrni合金粉末和(cocrni)100-x-yaxby合金粉末的体积比为(1～2):(1～2)；
6、步骤二：将cocrni合金粉末和(cocrni)100-x-yaxby合金粉末分别加入到激光定向能量沉积增材制造设备的两个料仓内，利用激光定向能量沉积增材制造设备将cocrni合金粉末和(cocrni)100-x-yaxby合金粉末交替沉积在基板上，获得cocrni层和(cocrni)100-x-yaxby层交替的异质结构cocrni基中/高熵合金块体；
7、所述沉积的工艺为：在环境箱中，沉积开始前抽真空，随后通氩气保护，采用蛇形往复扫描模式，保护气流量为2l/min，激光功率为950w～1200w、扫描速度为16mm/s～17mm/s、送粉气流量为4l/min，光斑直径为2～3mm，搭接率为40～60％；
8、步骤三：待异质结构cocrni基中/高熵合金块体冷却后取出，采用电火花线切割切除基板，将异质结构cocrni基中/高熵合金进行热处理；
9、所述热处理工艺为：首先将异质结构cocrni基中/高熵合金在1150～1180℃保温2小时，随即水冷至室温；再将异质结构cocrni基中/高熵合金在600～650℃保温2小时，最后水冷至室温。
10、本专利技术原理及有益效果为：
11、(1)本专利技术解决了单相无序固溶体结构中/高熵合金室温强塑性倒置，和中/高熵金属间化合物高低温性能不匹配的问题，提出了采用激光定向能量沉积增材制造成形高性能异质中/高熵合金部件的一体化成形。固溶体cocrni合金的力学特点是在室温和低温下，具有高塑性、低强度，在高温下强度迅速降低；而金属间化合物(cocrni)100-x-yaxby合金的力学特点是在室温和低温下，具有高强度、高硬度、低塑性，在高温下仍然保持高的强度，并具备一定的塑性；由于“软”的cocrni合金和“硬”的金属间化合物(cocrni)100-x-yaxby合金构成的层状材料在变形过程中不仅可以在“软”层cocrni合金层产生长程背应力强化，使得软层增强，还可以抑制缩颈的产生，提高整个异质结构的材料均匀变形能力，解决了室温强塑性倒置的问题。同样，层状的组合形式可以使得两种成分各自的优势性能在宽温度区间内充分发挥，从而使整个异质结构材料具有优异的宽温域服役性能，解决了高低温性能不匹配的问题。
12、(2)本专利技术可以实现多种不同成分中/高熵合金的快速沉积，并通过合金最佳的工艺参数避免中/高熵合金在打印过程中发生开裂等现象，可获得成形良好、无明显变形，高致密度的异质结构中/高熵合金；
13、(3)本专利技术制备的cocrni基中/高熵合金具有优异的室温综合力学性能和宽温度范围内服役的功能特性，从-196℃至600℃温度区间内均表现出优异的力学性能，可以满足cocrni基中/高熵合金在极端复杂环境下的应用；
14、(4)本专利技术的热处理工艺首先通过在高温1150～1180℃保温，使得增材制造过程中形成的树枝晶组织完全转变成等轴晶组织，一方面消除了少量元素在枝晶间的偏析，避免了有害金属间化合物相不均匀分布对合金塑性的影响，促进了溶质元素如a、b等向cocrni层的扩散，形成一个具有成分梯度变化的层间界面，另一方面消除了树枝晶导致的力学性能的各向异性；进一步，在600～650℃保温促进了(cocrni)100-x-yaxby中金属间化合物(如l12相、σ相)的析出，并使其在该温度区间内保持稳定。最后获得具有固溶体cocrni层-金属间化合物(cocrni)100-x-yaxby层组合而成的层状材料。因此本专利技术多料仓送粉定向能量沉积增材制造技术配合后处理工艺可以在不破坏工件原有形状、后处理技术成熟且简单等基础上，通过合理的热处理工艺可以进一步调控合金的微观组织，优化异质结构cocrni基中/高熵合金综合性能。
15、(5)本专利技术通过将两种成分的合金通过特定地调控成分分布，制备成一种新型的复合材料，使异质结构材料在组成成分、微观组织上呈现规律性的变化，展现出对改善材料力学性能的优越性，不仅可以显著克服中/高熵合金强塑性倒置的问题，还可以将两种材料各自的性能优势发挥出来，使得制备的待异质结构cocrni基中/高熵合金在宽温域范围内具有优异的综合性能。
16、(6)本专利技术可据材料具体服役温度和使用环境要求调整两种合金成分在异质结构中所占的比例，能有效防止增材制造过程中的裂纹产生，作为国防、航空航天、深空探测等领域在复杂温度环境下服役的结构件快速制造具有广泛的应用前景。
17、(7)本专利技术在cocrni合金的基础上加入a、b两种成分形成(cocrni)100-x-yaxby合金，一方面可以改善cocrni合金室温和高温性能的不足，另一方面还可以降低co、ni等金属的使用量，并减轻整个材料的重量。
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1.一种宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法按照以下几个步骤进行：
2.根据权利要求1所述的宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：步骤一所述CoCrNi合金粉末和(CoCrNi)100-x-yAxBy合金粉末的粒径为45～105μm。
3.根据权利要求1所述的宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：步骤一所述CoCrNi合金粉末和(CoCrNi)100-x-yAxBy合金粉末的烘干工艺为：在60～120℃保持2小时。
4.根据权利要求1所述的宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：步骤一所述基板为45号钢。
5.根据权利要求1所述的宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：步骤一所述基板的清洗采用丙酮。
6.根据权利要求1所述的宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：步骤一所述基板的烘干工艺为：在60～120℃保持2小时。
7.根据权利要求1所述的宽温域服
8.根据权利要求1所述的宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：步骤二所述沉积的工艺为：在环境箱中，沉积开始前抽真空，随后通氩气保护，采用蛇形往复扫描模式，保护气流量为2L/min，激光功率为950W、扫描速度为17mm/s、送粉气流量为4L/min，光斑直径为2mm，搭接率为60％。
9.根据权利要求1所述的宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：步骤二所述沉积的工艺为：在环境箱中，沉积开始前抽真空，随后通氩气保护，采用蛇形往复扫描模式，保护气流量为2L/min，激光功率为1200W、扫描速度为16mm/s、送粉气流量为4L/min，光斑直径为3mm，搭接率为40％。
10.根据权利要求1所述的宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：步骤三所述热处理工艺为：首先将异质结构CoCrNi基中/高熵合金在1180℃保温2小时，随即水冷至室温；再将异质结构CoCrNi基中/高熵合金在650℃保温2小时，最后水冷至室温。
...【技术特征摘要】
1.一种宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法按照以下几个步骤进行：
2.根据权利要求1所述的宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：步骤一所述cocrni合金粉末和(cocrni)100-x-yaxby合金粉末的粒径为45～105μm。
3.根据权利要求1所述的宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：步骤一所述cocrni合金粉末和(cocrni)100-x-yaxby合金粉末的烘干工艺为：在60～120℃保持2小时。
4.根据权利要求1所述的宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：步骤一所述基板为45号钢。
5.根据权利要求1所述的宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：步骤一所述基板的清洗采用丙酮。
6.根据权利要求1所述的宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特征在于：步骤一所述基板的烘干工艺为：在60～120℃保持2小时。
7.根据权利要求1所述的宽温域服役异质中/高熵合金的激光增材制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄永江，孙永刚，宁志良，范洪波，程子健，孙剑飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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