[发明专利]一种采用金属丝材增材制造高熵合金零部件的方法

说明书

本发明公开了一种采用金属丝材增材制造高熵合金零部件的方法，具体步骤为：1）在计算机上建立待制造的高熵合金零部件的三维模型，根据三维模型编制加工路径程序；2）将待制造的高熵合金零部件所需不同种类的金属丝材合为丝绳装入送丝装置或采用多通道送丝装置，设置送丝速度、热源能量、扫描速率和保护气体流量，采用增材制造专用设备、机器人、数控机床或手工在保护气氛或埋弧焊剂的保护下进行增材制造；3）增材制造完成的零部件毛坯经机械加工、热处理和表面处理等后续处理即得高熵合金零部件。本发明公开的方法简单易行，成本较低，适合工业化生产高熵合金零部件。

技术领域

本发明涉及一种采用纯金属或中间合金丝材通过增材制造技术制备高熵合金零部件的方法，属于高熵合金或多主元合金的制备和加工领域，同时也属于金属材料增材制造的技术领域。

背景技术

高熵合金是一种新型合金体系，又称多主元合金或多基元合金，一般由多种等摩尔比或近等摩尔比的金属（可含有非金属）元素组成。由于多种元素混合后的高熵效应，抑制了金属间化合物的形成，高熵合金一般由简单的面心立方固溶体（FCC）、体心立方固溶体（BCC）或密排六方固溶体（HCP）相组成。相比于以一种或两种金属元素为基体的传统的合金体系，高熵合金在热力学上具有高熵效应，动力学上具有迟滞扩散效应，结构上具有晶格畸变效应，性能上具有“鸡尾酒”效应。由于高熵合金的上述四大“效应”，使其具有常规金属材料难以比拟的强韧性和特殊的电学、磁学和热学等性能，以及优良的耐高温、抗氧化、耐腐蚀和耐磨损等性能，使其有望作为高性能机械零部件的材料应用在航空航天、核能工程和海洋工程等苛刻工况服役的设备上。

目前高熵合金零部件加工制造的技术路线一般为先采用熔炼法获得高熵合金块体材料，再通过后续机械加工的方法获得高熵合金零部件。然而，这种方法存在如下缺点：一方面，应用熔炼法制备的高熵合金组织中难以避免成分偏析、组织粗大、缩孔和缩松等冶金缺陷，不得不采用后续的热处理、锻造、轧制和热等静压等技术手段来改善其组织和性能，造成生产周期较长，成本较高；另一方面，高熵合金中通常含有较多的Co、V、Ni等价格昂贵的元素，如果采用车、铣、刨和磨等常规的机械加工技术通过去除材料的方式成形高熵合金零部件，将会造成合金原料极大的浪费，使其成本进一步提高，因而限制了其在工业领域的广泛应用。而采用增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术制造高熵合金零部件是目前解决这一技术瓶颈的有效途径。应用增材制造技术制备高熵合金时主要有如下特点：一方面，增材制造技术制备的高熵合金组织均匀致密、力学性能优异，不需要后续复杂的热机械处理，并且快速成形，周期较短；另一方面，增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法来制造实体零件，与传统的去除材料的加工技术相比，增材制造技术在制造高熵合金零部件时将会极大地节省原材料，降低生产成本。此外，这一技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序，在同一台设备上可快速而较为精密地制造出多种具有复杂形状的零件，从而实现“自由制造”，解决了复杂结构零件难以用常规方法制造的难题，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期，而且越是结构复杂的零件，这种技术优势越明显。

目前，国内外均已开展了高熵合金增材制造技术的研究，例如：中国专利CN104368843A公开了一种应用增材制造技术制备高熵合金涡轮发动机热端部件的方法；中国专利CN104841930A公开了一种用于增材制造的高熵合金粉末的制备技术。然而，目前应用增材制造技术制备高熵合金时一般都采用预先合金化的高熵合金粉末或纯金属元素的混合粉末为原料，但目前的这种技术存在如下缺点：（1）无论是采用同步送粉还是选区烧结，都会造成粉末原料较大的浪费；（2）难以制备具有梯度成分的高熵合金，特别难以在增材制造过程中通过实时控制原料成分而获得具有成分逐渐变化的高熵合金；（3）当采用预先合金化的高熵合金粉末增材制造时，一方面制备预先合金化的粉末成本高且周期长，另一方面粉末成分难以改变，当需要改变合金成分时则需重新制粉，进一步延长了生产周期并提高了制造难度。

发明内容