[发明专利]一种抑制高熵合金增材制造开裂的方法

说明书

本发明涉及一种抑制高熵合金增材制造开裂的方法，将增材制造高熵合金粉末送入增材制造系统并利用所述增材制造系统在一个基板上进行逐层3D打印得到成型件。当所述成型件的成型层数小于一个预定层数时，每打印一层，所述增材制造系统暂停激光扫描和送粉，通过所述增材制造系统的工作台内开设的冷却腔内通入液氮对所述成型件进行冷却。当所述成型件的成型层数等于或大于所述预定层数时，每打印一层，所述增材制造系统暂停激光扫描和送粉，向所述冷却腔内通入液氮，同时向所述基板、成型件喷洒液氮对所述成型件进行冷却。本发明可以在高熵合金增材制造过程中，细化成型件内部组织，消除裂纹等缺陷，提高致密性。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种抑制高熵合金增材制造开裂的方法。

背景技术

增材制造技术(Additive Manufacturing，AM)是一种利用数字模型连续逐层添加材料制造三维实体对象的技术，适用于高性能轻合金材料，并可成形复杂一体化结构，轻量化效果卓越并带来了显著收益，在航空航天、生物医疗、新能源交通领域得到了广泛应用。

高熵合金(HEAs)由于具有良好的高强度、高耐磨、耐腐蚀和抗氧化性能而备受关注，有望应用于航空航天、核能电力和矿山机械等领域，结合增材制造技术可以快速成型任意形状几何实体，为高熵合金的应用带来了更多的可能。

然而高熵合金增材制造是一个固-液-气三相耦合的复杂物理过程，在成型过程中往往容易因为凝固收缩、热应力而形成裂纹等缺陷，严重降低成型件的工艺性能。因此，如何抑制高熵合金增材制造裂纹的产生，成为实现高熵合金增材制造普遍应用的关键。然而已有的抑制增材制造开裂的技术，大都采用优化调整工艺参数、调控合金元素占比和后续热处理等方法，主要应用在传统金属材料的增材制造中，在高熵合金材料方面应用较少，并且在高熵合金材料方面抑制裂纹产生的效果并不理想。

发明内容

基于此，有必要针对已有的抑制增材制造开裂的技术在高熵合金材料方面应用较少，而且已有的抑制增材制造开裂的技术在高熵合金材料方面抑制裂纹产生的效果并不理想问题，提供一种抑制高熵合金增材制造开裂的方法。

本发明提出一种抑制高熵合金增材制造开裂的方法，将高熵合金粉末送入增材制造系统并利用所述增材制造系统在一个基板上进行逐层3D打印得到成型件；在3D打印过程中对所述成型件进行冷却；

当所述成型件的成型层数小于一个预定层数时，每打印一层，所述增材制造系统暂停激光扫描和送粉，通过向所述增材制造系统的工作台内开设的冷却腔内通入液氮对所述成型件进行冷却；

当所述成型件的成型层数大于或等于所述预定层数时，每打印一层，所述增材制造系统暂停激光扫描和送粉，向所述冷却腔内通入液氮，同时向所述基板、成型件喷洒液氮对所述成型件进行冷却；

当所述成型件温度达到20-30℃时，所述增材制造系统继续进行激光扫描和送粉。

本发明方法在3D打印过程中，利用液氮对基板及成型件分别快速冷却，液氮快速冷却可以对需散热部位进行有效快速降温，不仅可以节约时间，还可以抑制晶粒的生长，细化组织，减少热积累。由于成型件的散热主要是通过向基板传热和向外扩散热，当成型件的成型层数小于预定层数时，利用液氮快速冷却基板就可以使成型件快速降温。随着打印层数增高，热积累越来越多，当成型件的成型层数达到预定层数或以上时，只进行基板快速冷却，降温效果不理想，通过同时对基板、成型件进行液氮快速冷却，确保成型件能够快速冷却。

作为上述方案的进一步改进，在所述3D打印过程中，每打印两层作为一个成型周期，在一个所述成型周期内，第二层的激光功率低于第一层的激光功率；

和/或，在所述3D打印过程中，每打印三个周期，对所述成型件表面进行激光空扫描两次。

作为上述方案的进一步改进，在一个成型周期内，第二层的激光功率比第一层的激光功率低5-30W。