[发明专利]基于激光增材制造的高熔点高熵合金球形粉末的制备方法

说明书

本发明公开一种基于激光增材制造的高熔点高熵合金球形粉末的制备方法，从高熔点金属单质粉末钨、钛、锆、铪、钒、铌、钽及钼中任意选取五种或五种以上并按照一定的比例混合；然后利用高能球磨机进行机械合金化，得到高熔点高熵合金的单相固溶体粉末；采用热等静压工艺成形标准制粉棒材；最后利用电极感应熔化气体雾化工艺制备激光直接成形粉末；本发明成形的高熔点高熵合金单相固溶体粉末可以解决高熔点金属单质粉末在激光增材制造成形过程中由于熔点相差较大导致的不同元素的烧损率不同以及多元素造成的成分显微偏析和消极的共晶等一系列问题，能够更有效的实现耐高温及耐磨的航空航天专用零件、高性能涡轮发动机热端部件的快速精密制造。

【技术领域】

本发明涉及高熵合金技术领域，具体涉及一种基于激光增材制造的高熔点高熵合金球形粉末的制备方法。

【背景技术】

多主元高熵合金具备高熵、晶格畸变和磁滞扩散多元效应，组织结构为简单固溶体结构和纳米结构，甚至非晶质结构，因此具有较高的强度，良好的耐磨性、高加工硬化，耐高温软化、耐高温氧化、耐腐蚀和高电阻率等优异性能或这些优异特性的组合，这是传统多元合金所无法比拟的；高熔点高熵合金的组成相以体心立方结构为主，这一体系的合金往往具有较高的强度，且在高熔点高熵合金在高温下表现出较为优异的力学性能。

激光熔覆沉积技术是快速成形技术的“叠层累加”原理和激光熔覆技术的有机结合发展起来的先进激光增材制造技术，具有以下优势：无需模具，可生产用传统方法难以生产甚至不能生产的复杂形状的零件；宏观结构与微观组织同步制造，力学性能达到锻件水平；成形尺寸不受限制，可实现大尺寸零件的制造；可制造功能梯度零件，其性能上表现出较高的硬度，良好的耐蚀性和耐磨性且质量稳定。

选区激光熔化技术是以快速原型制造技术为基本原理发展起来的先进激光增材制造技术，具有以下优势：成形零件精度高，表面稍经打磨、喷砂等简单后处理即可达到使用精度要求；适用于打印小件；成形零件的力学性能良好，一般力学性能优于铸件，不如锻件。

现有激光增材制造制备高熔点高熵合金的方法多采用将不同元素的粉末配比后利用普通球磨机混合均匀，直接用于激光增材制造，这种方法没有全面考虑不同元素的烧损率不同、基体的稀释作用以及不同元素粉末在激光熔覆过程中落入熔池的比例不同等成形时存在的成分含量不均问题；且该方法会因为高熵合金元素种类较多而造成不可避免的成分显微偏析与消极的共晶，进而影响成形件的综合性能，因此采用高熔点金属单质粉末直接应用于激光增材制造存在极大的困难。

【发明内容】

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种基于激光增材制造的高熔点高熵合金球形粉末的制备方法，直接制备高熔点高熵合金球形粉末，能够更有效的利用高熔点高熵合金实现耐高温及耐磨的航空航天梯度涂层零件、高性能涡轮发动机热端部件的快速精密制造。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于激光增材制造的高熔点高熵合金球形粉末的制备方法，包括以下步骤：

1)从高熔点金属单质粉末钨、钛、锆、铪、钒、铌、钽及钼中任意选取五种或五种以上，依次称量并按照一定的比例混合均匀；

2)采用高能球磨机进行机械合金化，得到高温高熵合金的单相固溶体粉末；

3)采用热等静压工艺将单相固溶体粉末直接加热加压烧结成标准制粉棒材；

4)采用电极感应熔化气体雾化工艺制备激光增材制造专用粉末。

进一步，高熔点金属粉末混合时每种元素的原子个数百分比介于5％～30％之间。

进一步，步骤1)是采用初始粒度不大于270目、纯度大于99.9wt.％的钨、钛、锆、铪、钒、铌、钽及钼高熔点金属单质粉末。