[发明专利]一种用于3D打印的高熵合金非晶粉末及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属粉末制造领域。

背景技术

高熵合金是在金属间化合物、大块非晶材料的基础上发展起来的一种新型合金体系，由不低于5种主要合金元素组成，其中每种元素都占有较高的百分比，没有任何一种元素原子百分比超过50％，形成的组织为简单固溶体，且合金元素具有很高的混合熵，因此称为高熵合金。由于特殊的组织和结构，使得该类合金具有高强度、高硬度、高耐蚀性、高耐热性、特殊的电、磁学性能等，具有广泛的应用前景。

非晶合金即金属玻璃,具有长程无序、短程有序的结构特点,属于热力学的亚稳态,固态时原子的三维空间呈拓扑无序排列。在一定温度范围内,保持相对稳定的状态。非晶合金由于特殊的结构，具有高弹性、高硬度、高冲击韧性、优良的软磁特性、耐腐蚀性等。

中国专利公开号CN103252496A公开了一种含非晶纳米晶高熵合金非晶粉末及其制备方法，它采用气雾化方法制备了非晶纳米晶的高熵合金粉末，但由于气雾化法制备的粉末均匀性较差、球形度较差、非晶相形成较少、空心粉较易生成，不适合于3D打印粉体材料的应用。而采用均匀液滴脉冲喷射技术制备高熵合金非晶粉末尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于3D打印的高熵合金非晶粉末及其制备方法，它能有效地解决高熵合金粉末的组织及性能，可获得粒径更均匀、尺寸更细小的粉末材料的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于3D打印的高熵合金非晶粉末，采用均匀液滴脉冲喷射技术制备高熵合金非晶粉末成分组成如下：它们接近等原子百分比为，Cu：15.5～18％、Mn：15～18％、Ti：16～18％、Mo：15～18％、Cr：15～18％、Fe：15～18％，总百分比为100％；高熵合金非晶粉末的粒径为30～50μm，非晶粉末具有高球形度，组织为非晶特征。

一种用于3D打印的高熵合金非晶粉末的制备方法，包括以下步骤：

A.称量：先将各金属的原材料氧化皮打磨去除，再按原子百分比称量每一种金属的重量，其中Cu：15.5～18％、Mn：15～18％、Ti：16～18％、Mo：15～18％、Cr：15～18％、Fe：15～18％，总百分比为100％，同时应考虑低熔点金属的烧蚀；

B.装料：将称量好的、待熔炼的各金属材料按照其密度从小到大依次放入氧化铝坩埚内，再将氧化铝坩埚放入密闭容器内的感应加热器中；

C.惰性气体保护：将密闭容器抽真空至低于3.0×10^-2MPa，然后充入高纯度惰性保护气体；

D.加热：在惰性气体保护下，开始启动感应加热器对原材料进行熔炼，熔炼功率10KW，熔炼电流28A，熔炼时间40min，保温时间20min，过热度100℃，辅以电磁搅拌以减少合金元素偏析；

E.脉冲喷射：采用均匀液滴脉冲喷射技术，调节压力脉冲发生器，产生输出频率600～800Hz、压力0.36×10^-6～0.46×10^-6N的气体脉冲施加在氧化铝坩埚中，将合金液滴以1～2m/s的初始速度从坩埚底部喷嘴喷射出；

F.粉末凝固：合金液滴经过与惰性气体的热交换，以冷却速度3000～4000K/s，凝固成直径30～50μm的非晶粉末，并收集在收粉罐中。

所述脉冲发生器产生气体脉冲压力为0.36×10^-6～0.46×10^-6N，频率为600～800Hz。

所述坩埚喷嘴的直径为100～200μm。

所述合金液滴喷出后冷却速度为3000～4000K/s。

上述六种金属的元素混合后产生热力学上的高熵效应、晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应、性能上的“鸡尾酒”效应，合金具有简单的固溶体结构，同时采用均匀液滴脉冲喷射技术，使得粉末粒径均匀细小，高熵合金组织在快速凝固过程形成非晶，并且由于冷却速率较高，具有稳定的冷却环境和冷却速率，导致单个粉末之间非晶组织差别极小，组织非晶相含量达到95％以上。非晶相有利于在3D打印过程得到更加细化、均匀的材料组织。

本发明进一步优化了高熵合金粉末的组织及性能，可获得粒径更均匀、尺寸更细小的粉末材料，并且使得高熵合金粉末内非晶相达到95％以上，充分发挥高固溶强化和非晶组织特征的共同优点，可通过3D打印或粉末冶金工艺技术制备出综合性能优异的高熵合金产品。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：