技术领域
[0001] 本
发明涉及高熵合金领域，具体而言，涉及一种高熵合金细晶粒原位增材制造方法。
背景技术
[0002] 高熵合金较高的混合熵促进了具有简单结构的随机
固溶体相的形成，如面心立方(FCC)、体心立方(BCC)或密排六方(HCP)结构，从而减少了相的数量，具有晶格畸变大、构型熵高的特征、
迟滞扩散效应和“鸡尾酒”效应等四大效应，因此具有诸如高强硬度、独特的
耐磨性、优异的高温
稳定性和低温韧性，在一些特殊条件下甚至可能突破目前已有材料的极限。由于其固有的组成复杂性和组成元素之间熔点的巨大差异，高熵合金的制备具有挑战性。在熔体
凝固和冷却过程中发生了显著的元素偏析，因此，与常规合金相比，铸态试样可能存在明显的
铸造缺陷，如裂纹、气孔、残余应
力以及成分梯度和异常晶粒大小分布。容易产生气孔、缩松、微裂和组织不均匀等
冶金缺陷。
[0003]
冷喷涂是一种表面喷涂工艺，利用压缩空气
加速金属粒子到临界速度(超音速)，金属粒子撞扁在基体表面并牢固附着，粒子因产生剧烈的塑性形变而沉积成涂层。
[0004]
专利号为CN107829007A的专利文件公开了一种高熵合金和
粉末冶金法制备高熵合金的方法。第一步：高熵合金粉末的制备按设计的合金成分配比进行合金粉末配料，其中氮元素以氮化铬
铁的形式掺入，将上述
权利要求1的高熵合金粉末配好，混合均匀后放入
球磨机进行球磨，球磨工艺参数为：球料比为10～15:1，球磨转速为230～280rpm，球磨时间为40～50h；球磨后高熵合金粉末的颗粒形貌为粒度均匀的球形或近似球形，粒度范围为20～
30μm；第二步：高熵合金
块体的制备：将球磨后高熵合金粉末放置于一个高强
石墨模具中进行
真空热
等静压烧结，烧结工艺参数为：加热速率为5～10℃/min，烧结
温度为850～950℃，保温时间为0.5～1h，恒定压力为30～60MPa，最后随炉冷却。
[0005] 专利号为CN108642362A的专利文件公开了一种高熵合金的制备方法，包括以下步骤：(1)按照Cr元素的
原子百分含量为18.5％-19.5％，Fe元素的原子百分含量为18.5％-19.5％，Co元素的原子百分含量为24.5％-25.5％，Ta元素的原子百分含量为8％-12％，称取Ta块、Co块、Cr块、Ni块和Fe块；(2)将步骤(1)称取的各原料置于
电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼完成，即得到所述高熵合金。
[0006] 上述的两个专利文件所公开的高熵合金制备方法，分别为高温熔炼和电弧熔炼，虽对制备方法进行一定的优化，但仍然具有上述的问题。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于利用
冷喷涂工艺克服高熵合金缆式
焊丝电弧增材的种种问题，提供一种高熵合金细晶粒原位增材制造方法。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] 一种高熵合金细晶粒原位增材制造方法，包括以下步骤：
[0010] S1对合金零件进行沉积路径规划；
[0012] S3采用电弧热源融化高熵合金缆式焊丝，在基板上堆积形成一层沉积层；
[0013] S4采用冷喷涂技术将高熵合金粉末喷涂在沉积层上形成一层涂层；
[0014] S5交替重复步骤S3和S4，直到高熵合金部件沉积完成。
[0015] 2.根据权利要求1所述的一种高熵合金细晶粒原位增材制造方法，其特征在于，所述高熵合金缆式焊丝为单质金属丝或由合金丝绞合。
[0016] 优选地，所述高熵合金粉末与所述高熵合金缆式焊丝相匹配。
[0017] 优选地，所述高熵合金缆式焊丝和高熵合金粉末成分至少包括Al、Co、Cr、Cu、Fe、Ni、Mn中的一种或多种。
[0018] 优选地，步骤S2中，基板预热温度低于基板的熔点温度至少200℃。
[0019] 优选地，步骤S4中，冷喷涂的粒子冲击速度为200-1200m/s。
[0020] 优选地，所述沉积层的厚度为0.55-0.65mm。
[0021] 优选地，所述涂层的厚度为0.15-0.25mm。
[0022] 本发明还公开了一种合金零件，由上述的一种高熵合金细晶粒原位增材制造方法制造所得。
[0023] 本发明所取得的有益效果是：
[0024] 1.电弧增材技术结合冷喷涂技术，利用高熵合金粉末颗粒高速流冲击沉积层，弥补电弧增材带来的元素烧损；
[0025] 2.具有冲击效应，细晶强化作用，细化组织、提高零件致
密度与力学性；能[0026] 3.冷喷涂层具有残余压
应力效应，释放、减少或消除电弧增材的
焊接残余应力，减少热裂倾向；
[0027] 4.通过调控粉末组成与粉末颗粒强烈的塑性
变形促进
相变，进一步调控高熵合金成形构件的成分和组织，获得成分均匀，性能优异的合金零件。
附图说明
[0028] 从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出
实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记
指定对应的部分。
[0029] 图1是本发明由一种高熵合金细晶粒原位增材制造方法制得的高熵合金零件剖面的结构示意图；
[0030] 图2是本发明由一种高熵合金细晶粒原位增材制造方法流程示意图。
[0031] 附图标记说明：1-冷喷涂层、2-沉积层。
具体实施方式
[0032] 下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
[0033] 为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本
说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
[0034] 本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或
位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0035] 实施例一：该实施例公开了一种高熵合金细晶粒原位增材制造方法，包括以下步骤：
[0036] S1对合金零件进行沉积路径规划；
[0037] S2预热基板；
[0038] S3采用电弧热源融化高熵合金缆式焊丝，在基板上堆积形成一层沉积层；
[0039] S4采用冷喷涂技术将高熵合金粉末喷涂在沉积层上形成一层涂层；
[0040] S5交替重复步骤S3和S4，直到高熵合金部件沉积完成。
[0041] 所述高熵合金缆式焊丝为单质金属丝或由合金丝绞合。
[0042] 所述高熵合金粉末与所述高熵合金缆式焊丝相匹配。
[0043] 该高熵合金细晶粒原位增材制造方法，利用电弧增材技术在基板上堆积形成沉积层，随后利用冷喷涂技术，通过高熵合金粉末颗粒高速流冲击电弧增材所形成的沉积层，形成冷喷涂层，随后沉积层以及冷喷涂层交替
叠加，形成高熵合金；由于采用冷喷涂技术，采用高熵合金粉末颗粒高速撞击在沉积层上，一方面弥补电弧增材带来的元素烧结，同时，高速的高熵合金粉末颗粒的撞击带来的冲击效应，具有细晶强化作用、细化组织、提高零件致密度与力学性能的作用；而且利用冷喷涂技术形成的冷喷涂层，具有残余压应力效应，可以释放、减少或消除电弧增材所形成的焊接残余应力，减少热裂倾向；而且该高熵合金细晶粒原位增材制造方法，可以通过调控高熵合金粉末组成与高熵合金粉末颗粒强烈的塑性变形促进相变，进一步调控高熵合金成型部件的成分和组织，进而获得成分均匀，性能优异的合金零件。
[0044] 实施例二：该实施例公开了一种高熵合金细晶粒原位增材制造方法，包括以下步骤：
[0045] S1对合金零件进行沉积路径规划；
[0046] S2预热基板；
[0047] S3采用电弧热源融化高熵合金缆式焊丝，在基板上堆积形成一层沉积层；
[0048] S4采用冷喷涂技术将高熵合金粉末喷涂在沉积层上形成一层涂层；
[0049] S5交替重复步骤S3和S4，直到高熵合金部件沉积完成。
[0050] 所述高熵合金缆式焊丝为单质金属丝或由合金丝绞合。
[0051] 具体地，所述高熵合金粉末与所述高熵合金缆式焊丝相匹配。
[0052] 具体地，所述高熵合金缆式焊丝和高熵合金粉末成分至少包括Al、Co、Cr、Cu、Fe、Ni、Mn中的一种或多种。
[0053] 具体地，步骤S2中，基板预热温度低于基板的熔点温度至少200℃。
[0054] 具体地，步骤S4中，冷喷涂的粒子冲击速度为200-1200m/s。
[0055] 具体地，所述沉积层的厚度为0.55-0.65mm。
[0056] 具体地，所述涂层的厚度为0.15-0.25mm。
[0057] 实施例三：本发明还公开了一种合金零件，由以下制造方法制得，该制造方法，包括以下步骤：
[0058] S1对合金零件进行沉积路径规划；
[0059] S2预热基板；
[0060] S3采用电弧热源融化高熵合金缆式焊丝，在基板上堆积形成一层沉积层；
[0061] S4采用冷喷涂技术将高熵合金粉末喷涂在沉积层上形成一层涂层；
[0062] S5交替重复步骤S3和S4，直到高熵合金部件沉积完成。
[0063] 所述高熵合金缆式焊丝为单质金属丝或由合金丝绞合。
[0064] 具体地，所述高熵合金粉末与所述高熵合金缆式焊丝相匹配。
[0065] 具体地，所述高熵合金缆式焊丝和高熵合金粉末成分至少包括Al、Co、Cr、Cu、Fe、Ni、Mn中的一种或多种，如AlCoCrFeNi。
[0066] 具体地，步骤S2中，基板预热温度低于基板的熔点温度200℃。
[0067] 具体地，步骤S4中，冷喷涂的粒子冲击速度为800m/s。
[0068] 具体地，所述沉积层的厚度为0.6mm。
[0069] 具体地，所述涂层的厚度为0.2mm。
[0070] 虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和
修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。
[0071] 在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的
电路，过程，
算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
[0072] 综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
