一种结合直写3D打印及热等静压技术制备高熵合金的方法 |
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| 申请号 | CN202410108071.7 | 申请日 | 2024-01-25 | 公开(公告)号 | CN117961084A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 厦门理工学院; | 发明人 | 彭思远; 张亮; 王金伙; 储彬; 王启凡; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种结合直写3D打印及热 等静压 制备高熵 合金 的方法，属于粉末 冶金 领域。所述共晶高熵合金是由Al、Co、Cr、Fe和Ni按照摩尔比Al：Co：Cr：Fe：Ni＝1：1：1：1：2.1组成。其制备方法是以AlCoCrFeNi2.1共晶合金粉末为原料，通过结合直写3D打印及 热等静压 技术制备出高熵合金。本发明组分设计合理，制备工艺简单，并且所制备产品具有低成本、可打印复杂结构件及良好的 力 学性能，通过其工艺优化，样品具有室温拉伸 屈服强度 达到604±20MPa， 抗拉强度 到达1123±15MPa，均匀延伸率为10±2％。其性能优异、成本较低及可打印复杂结构件，可用于工业化应用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种结合直写3D打印及热等静压技术制备高熵合金的方法，其特征在于：包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种结合直写3D打印及热等静压技术制备高熵合金的方法技术领域背景技术[0002] 高熵合金的多主元特征使其在变形过程中表现出多重机制(包括位错机制、相变、形变孪生等)的协同，从而使高熵合金具有高强度、高硬度、高塑性、抗辐照、抗高温软化、耐磨等一系列优良的力学性能。然而，特定晶格类型的高熵合金往往仅具有某一种或几种优异性能。单相FCC高熵合金通常塑性高而强度低，而BCC结构的高熵合金通常具有高强度低塑性。因此，这些单相高熵合金很难同时满足良好的强塑性匹配。另外，由于单相高熵合金的铸造性和流动性较差，且存在成分偏析等缺陷，使得高熵合金在实际工业生产领域的应用存在局限性。 [0003] 为了解决这一难题，2014年，大连理工大学卢一平团队巧妙地将高塑性的FCC相与高强度的BCC相结合，设计了一种AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金。这类新型的高熵合金具有良好的强塑性匹配、可铸造性和流动性，具有极大的工业应用价值。作为一种低成本、可规模化制造的间接增材制造技术，直写3D打印技术(又称墨水直写技术，DIW)可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现真正的“自由制造”。直写3D打印技术与激光增材制造技术相比具有以下优点：无需采用高成本热源、设备要求低，粉末用量少，进一步降低制造成本；墨水直写技术与气氛烧结相结合，能有效降低产品内部残余应力，减少产品弯曲或开裂倾向。 [0004] 本发明通过对AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金进行直写3D打印技术结合热等静压后处理一系列简单可工业化生产的工艺，在优化其异质结构的同时，引入高密度的纳米析出相强化，以达到调控组织和提升拉伸力学性能的目的，迄今尚无相关文献报道。 发明内容[0005] 针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种结合直写3D打印技术及热等静压后处理制备高熵合金的方法，以改善上述问题。 [0006] 本发明目的通过以下技术方案实现： [0007] 一种共晶高熵合金粉末，所述共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按照摩尔比Al：Co：Cr：Fe：Ni＝1：1：1：1：2.1。 [0008] 优选地，所述共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按照摩尔比Al：Co：Cr：Fe：Ni＝1：1：1：1：2.1。 [0009] 所述共晶高熵合金粉末的规格范围为：粉末粒径为低于25微米。 [0010] 上述共晶高熵合金的制备方法，包括如下制备步骤： [0011] (1)以AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金粉末作为原材料，所述共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按照摩尔比Al：Co：Cr：Fe：Ni＝1：1：1：1：2.1； [0012] (2)将步骤(1)金属原料与粘接剂混合均匀，通过搅拌机进行均匀处理，配得所需浆料。 [0015] (5)将步骤(4)所得打印态共晶高熵合金样品放于热等静压设备中进行后处理，得到热处理态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金。 [0016] 优选地，步骤(2)中所述浆料的金属粉末与粘接剂体积比为70：30、80：20和90：10。 [0018] 优选地，步骤(5)所得热处理态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的热等静压工艺参数：压力为100‑300MPa，最高温度为900‑1300℃，升温速度为5‑20℃/min，随炉冷却。 [0019] 本发明所得共晶高熵合金具有如下优点及有益效果： [0020] 本发明的共晶高熵合金制备方法简单、成本低廉，易实现量产，通过调控直写3D打印工艺参数和热等静压后处理工艺，在优化其异质结构的同时，引入高密度的纳米析出相强化，以达到调控组织和提升拉伸力学性能的目的；共晶高熵合金致密度达到99.5％以上，屈服强度达到604±20MPa，抗拉强度为1123±15MPa，并保持10±2％的均匀延伸率，能有效兼顾低成本、高强韧共晶高熵合金的复杂结构件打印。附图说明 [0021] 图1是本发明实施例1中烧结态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的微观组织图。 [0022] 图2是本发明实施例1中烧结态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的XRD图谱。 [0023] 图3是本发明实施例1中烧结态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的力学性能图。 [0024] 图4是本发明实施例2中热等静压态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的力学性能图。 具体实施方式[0025] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。 [0026] 实施例1 [0027] 本实施例烧结态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的制备： [0028] (1)选择市售气雾化AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金粉末作为原材料，先将粉末在振动筛分仪中进行粒径筛选，选择小于25微米粉末备用。 [0029] (2)将步骤(1)配好的粉末与粘接剂混合均匀配成浆料，金属粉末与粘接剂的比例为85：15。 [0031] (4)将生坯置于管式烧结炉中进行脱脂烧结得到烧结态共晶高熵合金。脱脂烧结工艺参数为：升温速率为5/min，最高温度为1250℃，保温时间为6小时后随炉冷却。 [0032] (5)将步骤(4)制得的烧结态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金置于热等静压炉中后处理得到热等静压态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金。热等静压后处理工艺参数为烧结温度为950℃，保温时间为2小时，压力为150MPa，随炉冷却。 [0033] 本实施例所得烧结态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的微观组织如图1所示。图1所示的烧结态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的微观组织特征；共晶高熵合金主要存在FCC+B2双相结构；组织为等轴晶特征。 [0034] 本实施例所得烧结态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的XRD图谱如图2所示。图2所示的烧结态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的XRD图谱特征；共晶高熵合金中主要存在FCC和B2双相，并且在FCC中发现L12叠加峰的存在，说明合金中存在L12相。 [0035] 本实施例所得热等静压态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的拉伸性能图谱如图3所示。图3所示的热等静压态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的拉伸性能特征；烧结态共晶高熵合金的屈服强度为580±10MPa，抗拉强度为960±15MPa，并保持6.5±2％的断后伸长率。 [0036] 实施例2 [0037] 本实施例热等静压态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的制备： [0038] (1)选择市售气雾化AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金粉末作为原材料，先将粉末在振动筛分仪中进行粒径筛选，选择小于25微米粉末备用。 [0039] (2)将步骤(1)配好的粉末与粘接剂混合均匀配成浆料，金属粉末与粘接剂的比例为85：15。 [0040] (3)将步骤(2)制得的浆料在直写3D打印机中成型得到块体生坯。 [0041] (4)将生坯置于管式烧结炉中进行脱脂烧结得到烧结态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金。脱脂烧结工艺参数为：升温速率为5/min，最高温度为1250℃，保温时间为6小时后随炉冷却。 [0042] (5)将步骤(4)制得的烧结态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金置于热等静压炉中后处理得到热等静压态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金。热等静压后处理工艺参数为升温速度为5℃/min，烧结温度为1200℃，保温时间为2小时，压力为150MPa，随炉冷却。 [0043] 本实施例所得热等静压态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的力学性能如图4所示。图4所示的热等静压态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的力学性能特征。热等静压态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的屈服强度为604±12MPa，抗拉强度为1123±13MPa，并保持10±1.5％的断后伸长率。 [0044] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 |
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