[发明专利]一种辅助振动装置及高熵合金的激光增材制造方法

说明书

本发明公开了一种送粉式激光增材制造高熵合金的方法，该方法应用球磨高熵合金粉为原料、使用了送粉式激光增材制造设备以及一种辅助振动装置。该辅助振动装置将特殊共振空腔的弹性弧形薄片结构替代送粉器对高熵合金粉末流动性最敏感的漏斗结构，与外部振动源配合，有效收集分散在粉筒各处的振动，隔空无损地实现了球磨高熵合金粉末的正常输送。使得激光增材制过程，常规送粉器有能力直接使用高能球磨法制得的高熵合金粉末应用于激光增材制造中，充分发挥高熵合金具有的特殊结构和优异性能，克服多送粉筒同步送粉方式弊端，同时避免了因球化高熵合金粉末高难度所带来的流程繁琐等问题，实现激光增材制造的高熵合金均匀性和综合性能的显著提升。

技术领域

本发明涉及金属制造领域，尤其涉及一种激光增材制造的合金熔覆方法。

背景技术

高熵合金是由多种（一般五种）等量或大约等量金属形成的合金。由于高熵合金可能具有许多硬度高、韧性好、耐腐蚀能力好等理想的性质，因此近年来受到广泛关注和重视，由于独特的元素组成，例如Mn、Mo、Cr、Hf等高熔点成分的存在，使得高熵合金很难通过常规熔炼手段制备。

作为目前应用潜力最大的表面增材制造技术之一，激光熔覆技术在近年来获得长足的进步，随着现代科学的进步和工业技术的发展，高功率激光加工设备以及高稳定性同步送粉设备逐渐得到完善，激光表面增材制造技术的研究也取得了明显的进步，其应用领域正在不断扩展。

然而，激光熔覆等增材制造所用同步送粉设备都需要粉末具有一定流动性，使之可以顺利送出。但受制于粉末制造技术和成本限制，传统金属与合金粉末为了获得流动性和球形度较好的粉末，需要通过气雾化、等离子球化等手段处理，成本远高于传统机械研磨得到的低流动性粉末；

虽然激光熔覆等增材制造领域可以通过多送粉筒同步送粉方式直接使用单组元纯金属粉末或双组元合金作为原料，但多送粉筒协同工作稳定性差，且目前送粉器输送精度并不能满足高熵合金成分配比的高要求。

另一方面，高熵合金粉末由于Mn、Mo、Hf等含量较高，在熔炼、成分均匀化等环节都存在一定难度，致使适用于高熵合金激光增材制造用的高流动性均匀粉末制备难度和成本都居高不下，影响激光增材制造高熵合金领域的进一步发展。

高能球磨法是目前制备高熵合金的最主流原料制备手段，利用球磨罐内高速运动的研磨介质（钢球等）的相互碰撞挤压，使罐内多种纯合金粉末发生快速升温重熔结合等，长时间后粉末内元素分布将不断均匀化，最终得到具有均匀成分分布的高熵合金粉末。

由于粉末的高灵活性，其颗粒粒径、球形度、显微形貌、流动性等差异都会对实际增材制造产生显著的影响。这其中受到最大影响的是增材制造所必需的送粉器，送粉器种类很多，但核心理念都是将初始堆积的粉体以尽可能稳定的恒定速率送出。这要求粉末在无论重力作用抑或机械设备搅拌过程中保持良好的流动性，一旦粉末流动性较差，便会发生堵塞等故障问题，继而严重影响增材制造的顺利进行。

但是由于这种球磨后的高熵合金粉末极不规则，流动性极差，仅在粉末冶金领域等应用，目前尚未有直接将高熵合金粉末应用于激光增材制造领域的报道，极大地限制了高熵合金的发展。

因此，如果能解决上述技术等难点，能极大推动激光增材制造与高熵合金交叉研究与应用领域的快速发展。

发明内容

为了综合解决上述存在的问题，本发明提供了一种应用球磨高熵合金粉于送粉式激光增材制造制备一种高熵合金的方法。以显著提高高熵合金增材制造过程的均匀性等综合质量，拓展高熵合金应用范围，本发明解除了目前主流激光增材制造用同步送粉装置对粉末球形度、流动性有较高要求的限制，将目前主流的球磨高熵合金粉末直接应用于激光增材制造中，实现相关领域的交叉性突破。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：