[发明专利]一种难熔高熵合金骨架-铜自发汗复合结构的制备方法

说明书

本发明公开了一种难熔高熵合金骨架‑铜自发汗复合结构的制备方法，该方法将难熔高熵合金原料熔炼得到合金锭，将合金锭采用等离子体旋转电极雾化方法制备难熔高熵合金粉末；将难熔高熵合金粉末通过电子束或激光选区熔化增材制造工艺形成预设的多孔骨架结构；采用熔渗工艺在多孔骨架结构中渗入金属铜，从而获得难熔高熵合金骨架‑铜自发汗复合结构。该结构具有自发汗特点，适合用在火箭发动机喷管喉衬，推力室喷注器面板、导弹弹头鼻锥、电磁炮轨道等高温部件上。本发明制备的复合结构具有成形工艺简单、孔隙率可根据实际需要方便地设计，调节，力学性能良好，能耐高温，抗热震等优点，具有很高的实用价值。

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域，具体涉及一种难熔高熵合金骨架-铜自发汗复合结构的制备方法。

背景技术

随着火箭，导弹热端部件使用温度越来越高，单一的材料无论其熔点多高，都不能满足使用需求。自发汗结构模拟人体散热原理，在高温下通过低熔点组分的气化，蒸发带走热量，从而保持整体结构不被破坏，是重要的部件之一。传统的钨-铜自发汗结构采用粉末冶金-熔渗法制造，粉末冶金制造的钨骨架通孔率只有80～90％，有部分在烧结过程中会形成闭孔，后期铜无法熔渗进去，降低了自发汗冷却的效果，并且单质钨的力学性能不高，难以满足复杂条件下的承载要求。

高熵合金是近十几年来发展起来的一种多组元合金，合金中包含五种或五种以上元素，各元素所占原子百分比均在5～35％之间。这类合金与传统以某一种或两种元素为主要组成元素的合金在很多性质方面有很大差别，表现出很多独特的特点。例如，由W，Nb，Mo，Ta等难熔金属组成的高熵合金具有熔点高，强度高，高温相结构稳定，耐高温氧化等性能特点，有望用在火箭，导弹等需要耐高温的部件上。但目前高熵合金的制备方法，一般采用加热熔炼或电化学沉积法制备，两类制备方法对所选组元有较高的选择性，设备昂贵且制备时间较长、能耗高，而且应用领域仍有待进一步拓展。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种难熔高熵合金骨架-铜自发汗复合结构的制备方法，解决了传统的钨-铜自发汗结构在烧结过程中会形成闭孔，降低了自发汗冷却效果的问题；并且解决了单质钨的力学性能不高，难以满足复杂条件下承载要求的问题。本发明结构具有自发汗特点，适合用在火箭发动机喷管喉衬，推力室喷注器面板、导弹弹头鼻锥、电磁炮轨道等高温部件上。

技术方案：本发明一种难熔高熵合金骨架-铜自发汗复合结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)将难熔高熵合金原料熔炼得到合金锭，将合金锭采用等离子体旋转电极雾化方法制备难熔高熵合金粉末；

(2)将难熔高熵合金粉末通过电子束或激光选区熔化增材制造工艺形成预设的多孔骨架结构；

(3)采用熔渗工艺在多孔骨架结构中渗入金属铜，从而获得难熔高熵合金骨架-铜自发汗复合结构。

进一步的，所述步骤(1)中等离子体旋转电极雾化参数为：在惰性气体保护下，电流1300～1700A，电极转速15000～25000r/min。

进一步的，所述步骤(1)中难熔高熵合金粉末为TiVNbMoTaW难熔高熵合金粉末，按物质的量百分比计，所述合金原料含量为：Ti 6.5～8％、V 7～8.5％、Nb 13.5～15％、Mo14～15.5％、Ta 27～28.5％，其余为W。

进一步的，所述步骤(1)中熔炼工艺为将原料Ti、V、Nb、Mo、Ta和W放入熔炼炉中，熔炼过程在高纯氩气保护下进行，充分熔化后反复重熔3～4次保证成分均匀，最后形成一个圆柱形合金锭。

进一步的，所述步骤(2)中多孔骨架为多面体结构，所述多面体结构的每个面上均设有呈纵横排列的多个贯通孔。贯通孔有利于后期的铜熔渗，提升自发汗效果。

进一步的，所述步骤(2)激光选区熔化增材制造工艺中的基板表面进行黑漆处理。黑漆处理能提高基板对于激光的吸收率，增强基板与其上制造结构间的结合力。