[发明专利]一种含碳高熵合金复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种含碳高熵合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备高熵预合金粉；高熵预合金粉中由Fe、Co、Cr、Ni和Mn中的至少四种金属元素和C元素组成；(2)对高熵预合金粉进行选区激光熔化成型，并将成型后的零件进行后续热处理，即得到含碳高熵合金。本发明采用FeCoCrNi等塑性优异的高熵合金作为基体，能够保证在选区激光熔化成型后，依然具有较好的塑性；同时引入间隙元素C，通过固溶强化显著提高了基体的屈服强度以及极限强度；选区激光熔化过程中的过冷度很高，间隙元素C均匀地固溶到基体内，无粗大的碳化物偏聚析出，从而保证了材料的塑性。本发明的制备方法过程中采用选区激光熔化的方式得到高致密度(＞99％)的产品。

技术领域

本发明属于合金领域，尤其涉及一种采用激光选区熔化技术制备含碳高熵合金复合材料的方法。

背景技术

高熵合金是指至少四元及以上的过渡族合金元素以等摩尔或者接近等摩尔比例组合在一起的合金。尽管高熵合金的组成比较复杂，但可以形成单相的过饱和固溶体。高熵合金具有良好的机械性能、耐腐蚀性能和抗氧化性能。

向高熵合金中添加间隙碳元素，是一种强化高熵合金的好方法。目前，高熵合金主要采用真空电弧熔炼等方法制备。然而熔炼本身冷却速度较低，含碳高熵合金内粗大的硬质碳化物容易在晶界处偏析，损伤材料的力学性能。而且熔铸不易成形复杂结构的零件，不利于高熵合金一些实际应用需求。为了能将含碳高熵合金更好的应用到工程中，研究增材制造方法制备复杂形状、组织均一的含碳高熵合金零件尤为重要。

选区激光熔化作为增材制造的方式之一，不仅能够制造形状非常复杂的工件，克服了材料加工难与材料利用率低等问题；并且，由于选区激光熔化过程具有冷速高的特点，采用该技术制备的材料组织细小均一、材料内元素分布均匀、机械性能良好。

选区激光熔化制备的材料具有复杂的形状，所以能采用的强化方式有限。有研究者通过热等静压闭合选择性激光熔融样品内的微裂纹与微孔隙，从而进一步提高选区激光熔化样品的力学性能。但采用热等静压改善样品性能的过程增大了产业能耗，降低了产品的精度，削弱了选区激光熔化的工程意义。

针对选区激光熔化零件后续强化困难的问题，寻求一种低成本、适用于选区激光熔化后续强化的高熵合金，探索高熵合金激光选区熔融技术的打印及热处理工艺，进一步提高材料机械性能是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种采用激光选区熔化技术制备含碳高熵合金的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：提供一种含碳高熵合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备高熵预合金粉；高熵预合金粉中由Fe、Co、Cr、Ni和Mn中的至少四种金属元素和C元素组成；

(2)对高熵预合金粉进行选区激光熔化成型，并将成型后的零件进行后续热处理，即得到含碳高熵合金。

上述的制备方法，优选的，高熵预合金粉中碳原子的摩尔百分含量不高于5％。

上述的制备方法，优选的，高熵预合金粉中碳原子的摩尔百分含量为1-4％。

上述的制备方法，优选的，以金属单质和金属碳化物为原料制备高熵预合金粉。

上述的制备方法，优选的，所述金属单质选自单质Fe、Co、Cr、Ni、Mn中的至少四种；所述金属碳化物选自碳化铬、渗碳体、碳化镍中的一种。

上述的制备方法，优选的，所述热处理包括退火，退火后进行析出强化。

上述的制备方法，优选的，所述退火的条件为：将零件在1～2h内升温至350～450℃，保温2～5h，在真空度高于9×10^-3Pa的条件下，随炉冷却至100℃以下。