用于3d打印的高熵合金粉末及应用其制备高熵合金涂层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于涂层制备技术领域，具体涉及一种用于3D打印的高熵合金粉末并制 备高熵合金涂层的方法。
【背景技术】
[0002] 高熵合金因具有较高的熵值和原子不易扩散的特性，容易获得热稳定性高的固溶 体相和纳米结构，甚至非晶结构，其性能优于传统合金。多组元高熵合金是一个新发展起来 的合金体系，具有很高的学术研宄价值和巨大的工业发展潜力。同样地，高熵合金涂层也具 有良好的抗高温氧化以及耐腐蚀性能，是一种潜在的高性能涂层体系，可用于一些比较苛 刻的环境下服役。
[0003] 3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金 属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，常在模具制造、工业设计 等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种3D打印技术打 印而成的零部件。3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方 式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝 材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。对于高熵合金粉末用于3D打印的报道还鲜 有见到。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了改善现有用于3D打印粉末材料的耐磨损性能，而提供用于 3D打印的高熵合金粉末及应用其制备高熵合金涂层的方法。
[0005] 本发明用于3D打印的高熵合金粉末按原子百分含量由Ni:16 %~25%、Co: 16%~25%、Cr:16%~25%、Ti:16%~25%和V:16%~25%组成。
[0006] 本发明应用高熵合金粉末制备高熵合金涂层的方法按以下步骤实现：
[0007] -、按原子百分含量为16 %~25 %的Ni、16 %~25 %的Co、16 %~25 %的Cr、 16 %~25 %的Ti和16 %~25 %的V称取Ni粉、Co粉、Cr粉、Ti粉和V粉作为原料，然后 将原料置于球磨机中进行球磨处理，得到混合粉末；
[0008] 二、使用砂纸将基体的表面打磨光滑，然后使用无水乙醇和丙酮依次清洗打磨后 的基体，喷砂粗化得到粗化后的基体；
[0009] 三、将步骤一得到的混合粉末置于3D打印设备的送粉器中，采用激光选择性烧结 法，控制激光输出功率P= 500~700W，光斑直径D= 4~6mm，在粗化后的基体表面得到 高熵合金涂层。
[0010] 本发明通过向高熵合金中添加Ti和V元素，来改善高熵合金的性能，并科学优化 Ni、Co、Cr、Ti和V元素的配比。相比于现用于高熵合金的制备方法，本发明所采用的激光 选择性烧结具有高的加热和冷却速率，对基体的热影响小，涂层晶粒细小且在基体中分布 均匀，涂层与基体为冶金结合，结合强度高，涂层厚度最高可达到5~8毫米。
[0011] 本发明采用激光选择性烧结来制备NiCoCrTiV涂层，元素烧损率小，得到的高熵 合金涂层具有高硬度、高强度、耐磨损、耐腐蚀等性能，耐磨损性能好于45号钢。同时工艺 重复性以及可操作性大大提高，此高熵合金涂层在3D打印领域中能得到广泛使用。
【附图说明】
[0012] 图1为实施例一制备得到的NiCoCrTiV高熵合金涂层的表面形貌图；
[0013] 图2为实施例一制备得到的NiCoCrTiV高熵合金涂层经摩擦磨损后的形貌图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0014] 一：本实施方式用于3D打印的高熵合金粉末按原子百分含量由Ni: 16%~25%、Co:16%~25%、Cr:16%~25%、Ti:16%~25%和V:16%~25%组成。
【具体实施方式】 [0015] 二：本实施方式与一不同的是用于3D打印的高熵合 金粉末按原子百分含量由Ni:18%~22%、Co:18%~22%、Cr:18%~22%、Ti:18%~ 22%和V:18%~22%组成。
【具体实施方式】 [0016] 三：本实施方式应用高熵合金粉末制备高熵合金涂层的方法按以下 步骤实现：
[0017] -、按原子百分含量为16 %~25 %的Ni、16 %~25 %的Co、16 %~25 %的Cr、 16 %~25 %的Ti和16 %~25 %的V称取Ni粉、Co粉、Cr粉、Ti粉和V粉作为原料，然后 将原料置于球磨机中进行球磨处理，得到混合粉末；
[0018] 二、使用砂纸将基体的表面打磨光滑，然后使用无水乙醇和丙酮依次清洗打磨后 的基体，喷砂粗化得到粗化后的基体；
[0019] 三、将步骤一得到的混合粉末置于3D打印设备的送粉器中，采用激光选择性烧结 法，控制激光输出功率P= 500~700W，光斑直径D= 4~6mm，在粗化后的基体表面得到 高熵合金涂层。
[0020] 本实施方式首先利用机械合金化制备高熵合金粉末，然后利用3D打印技术来制 备高熵合金涂层，得到综合性能优良的高熵合金涂层。
【具体实施方式】 [0021] 四：本实施方式与三不同的是步骤一按原子百分含量 为20%的Ni、20%的Co、20%的Cr、20%的Ti和20%的V称取Ni粉、Co粉、Cr粉、Ti粉 和V粉作为原料。其它步骤及参数与三相同。
【具体实施方式】 [0022] 五：本实施方式与三或四不同的是步骤一中所述的Ni粉、Co粉、Cr粉、Ti粉和V粉的粒径均小于45um。其它步骤及参数与三或 四相同。
[0023]
【具体实施方式】六：本实施方式与【具体实施方式】三至五之一不同的是步骤一中所述Ni粉、Co粉、Cr粉、Ti粉和V粉的纯度均在99. 5%以上。其它步骤及参数与【具体实施方式】 三至五之一相同。
【具体实施方式】 [0024] 七：本实施方式与三至六之一不同的是步骤一中将原 料置于球磨机中按球料质量比为10:1进行球磨处理。其它步骤及参数与三 至六之一相同。
【具体实施方式】 [0025] 八：本实施方式与三至七之一不同的是步骤三控制激 光输出功率P= 600W，扫描速度V= 3mm/s，光斑直径D= 5_。其它步骤及参数与具体实 施方式三至八之一相同。
[0026] 实施例一：本实施例应用高熵合金粉末制备高熵合金涂层的方法按以下步骤实 现：
[0027] 一、称取 1L7534g的Ni粉、10. 4767g的Co粉、11. 8159g的Cr粉、9. 6299g的Ti 粉和10. 1499g的V粉作为原料，然后将原料置于行星式高能球磨机中进行球磨处理，得到 混合粉末，其中球料质量比为10:1，转速为300rpm，选用氧化锆陶瓷罐和氧化锆陶瓷球进 行球磨；
[0028] 二、使用砂纸将基体45号钢的表面打磨光滑，然后使用无水乙醇和丙酮依次清洗 打磨后的基体，喷砂粗化得到粗化后的基体；
[0029] 三、将步骤一得到的混合粉末置于3D打印设备的送粉器中，采用激光选择性烧结 法，控制激光输出功率P= 600W，扫描速度V= 3mm/s，光斑直径D= 5_，在粗化后的基体 表面得到NiCoCrTiV高熵合金涂层。
[0030] 实施例二：本实施例与实施例一不同的是步骤一称取5. 869g的Ni粉、5. 200g的 Co粉、5. 893g的Cr粉、4. 787g的Ti粉和5. 094g的V粉作为原料。
[0031] 本实施例制备的化学式为NiCoCrTiV的高熵合金涂层在HT-1000摩擦磨损试验机 上进行实验，以WC球为对磨材料，载荷2000g，球磨时间20min，并与45钢进行结果对比。磨 损失重如表一，说明所制备的高熵合金涂层耐磨损性能好于45号钢，可用于强摩擦磨损的 环境中服役。
[0032] 表一
【主权项】
1. 用于3D打印的高熵合金粉末，其特征在于该用于3D打印的高熵合金粉末按原子百 分含量由Ni:16%~25%、Co:16%~25%、Cr:16%~25%、Ti:16%~25%和V:16%~ 25 %组成。
2. 根据权利要求1所述的用于3D打印的高熵合金粉末，其特征在于用于3D打印的 高熵合金粉末按原子百分含量由Ni:18%~22%、Co:18%~22%、Cr:18%~22%、Ti: 18%~22%和V:18%~22%组成。
3. 应用高熵合金粉末制备高熵合金涂层的方法，其特征在于是按下列步骤实现： 一、 按原子百分含量为16%~25%的Ni、16%~25%的Co、16%~25%的Cr、16%~ 25 %的Ti和16 %~25 %的V称取Ni粉、Co粉、Cr粉、Ti粉和V粉作为原料，然后将原料 置于球磨机中进行球磨处理，得到混合粉末； 二、使用砂纸将基体的表面打磨光滑，然后使用无水乙醇和丙酮依次清洗打磨后的基 体，喷砂粗化得到粗化后的基体； 三、 将步骤一得到的混合粉末置于3D打印设备的送粉器中，采用激光选择性烧结法， 控制激光输出功率P= 500~700W，光斑直径D= 4~6mm，在粗化后的基体表面得到高熵 合金涂层。
4. 根据权利要求3所述的应用高熵合金粉末制备高熵合金涂层的方法，其特征在于步 骤一按原子百分含量为20 %的Ni、20 %的Co、20 %的Cr、20 %的Ti和20 %的V称取Ni粉、 Co粉、Cr粉、Ti粉和V粉作为原料。
5. 根据权利要求3所述的应用高熵合金粉末制备高熵合金涂层的方法，其特征在于步 骤一中所述的Ni粉、Co粉、Cr粉、Ti粉和V粉的粒径均小于45um。
6. 根据权利要求3所述的应用高熵合金粉末制备高熵合金涂层的方法，其特征在于步 骤一中所述Ni粉、Co粉、Cr粉、Ti粉和V粉的纯度均在99. 5%以上。
7. 根据权利要求3所述的应用高熵合金粉末制备高熵合金涂层的方法，其特征在于步 骤一中将原料置于球磨机中按球料质量比为10:1进行球磨处理。
8. 根据权利要求3所述的应用高熵合金粉末制备高熵合金涂层的方法，其特征在于步 骤三控制激光输出功率P= 600W，扫描速度V= 3mm/s，光斑直径D= 5mm。
【专利摘要】用于3D打印的高熵合金粉末及应用其制备高熵合金涂层的方法，本发明属于涂层制备技术领域，它为了改善现有用于3D打印粉末材料的耐磨损性能。本发明高熵合金粉末按原子百分含量由Ni：16％～25％、Co：16％～25％、Cr：16％～25％、Ti：16％～25％和V：16％～25％组成。制备方法：一、原料进行球磨混合，得到混合粉末；二、打磨、清洗基体；三、混合粉末置于3D打印设备的送粉器中，采用激光选择性烧结在基体表面形成高熵合金涂层。本发明采用激光选择性烧结来制备NiCoCrTiV涂层，具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀等优点。本发明在3D打印领域中能得到广泛使用。
【IPC分类】B22F3-105, B22F3-115, B22F1-00, C22C30-00
【公开号】CN104841930
【申请号】CN201510305783
【发明人】金国, 蔡召兵, 崔秀芳, 卢冰文, 刘珂璟
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年6月5日