选区激光增材制造高熵合金组织性能调控方法

1.本发明属于选区激光增材制造的后处理领域，具体涉及到的后处理方法是利用热处理改善激光选区熔化增材制造al
0.5
cocrfeni高熵合金的组织和性能。


背景技术：

2.高熵合金(high entropy alloy,hea)作为一种新型合金，由于具有高的混合熵，抑制了金属间化合物的形成，因此合金一般会倾向于形成简单的fcc、bcc和hcp晶体结构的固溶体相，这使得高熵合金表现出一些优异力学性能和功能性能，例如，高强度和硬度、耐磨性、抗辐照性等。对于现有的fecocrni基高熵合金大部分集中在fcc单相的研究上，该结构存在的局限性就是塑性相对较好，但强度较低。因此，为获得强塑性匹配良好的高熵合金，研究热点集中到了双相的高熵合金中，其中通过改变铝的含量来改变fecocrni基高熵合金。经过大量优化试验，具有fcc和bcc双相结构的al
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cocrfeni高熵合金逐渐进入人们的视野。然而对该合金的研究大都集中在电弧熔炼的方法上，其局限性在于成形过程中易产生成分偏析、气孔、缩松、形状尺寸受限等。为改善传统方式制备的高熵合金性能，如何制备出高强高韧满足工业化应用的高熵合金一直是人们的研究重点。而目前增材制造技术的发展，对获得高强高韧的高熵合金提供了一种新方法。
3.增材制造(additive manufacturing,am)技术是按照三维数据直接制造出实体的零件，从而减少材料损耗，由于较快的加热和冷却速率，保证了打印材料的均匀性，有利于得到超细晶粒，进一步发挥高熵合金的性能优势的同时满足工业化的要求，在制备高熵合金方面存在巨大潜力。但由于增材制造过程中非稳态加热和冷却条件会造成不均匀应力场及低熔点金属对熔池的影响等问题限制了增材制造的进一步发展。
4.针对上述问题引入热处理工艺，热处理是一种简单、便捷的优化性能方式，在不改变零件形状的前提下可以显著改善性能。选区激光增材制造过程中由于快速冷却抑制了al
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cocrfeni高熵合金中bcc相析出，al
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cocrfeni高熵合金表现出单相fcc结构，热处理过程中在热激活作用下，硬质bcc相在fcc基体中析出会显著提升高熵合金的强度，同时较软的fcc基体也会保证一定延伸率，在高温作用下选区激光增材制造高熵合金过程中形成的位错密度下降、位错网络泯灭及再结晶也会改善选区激光增材制造高熵合金的延伸率。因此，通过热处理对选区激光增材制造高熵合金的第二相析出、位错网络变化及再结晶进行调控有望获得兼具一定延伸率的高强度al
0.5
cocrfeni高熵合金。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种选区激光增材制造高熵合金组织性能调控方法，该方法采用选区激光增材制造加热处理技术改善了al
0.5
cocrfeni高熵合金组织性能，
6.通过调控bcc相析出、位错网络变化及再结晶行为获得了力学性能优异的al
0.5
cocrfeni高熵合金。
7.本发明技术方案如下：
8.al
0.5
cocrfeni高熵合金经选区激光熔化成形后，使用电火花线切割将高熵合金零件从基板上切下，然后将al
0.5
cocrfeni高熵合金进行800-1400℃热处理，保温4h，最后随炉冷却。具体步骤为：
9.s1、探索适当的选区激光熔化al
0.5
cocrfeni高熵合金成形参数，利用选区激光熔化技术成形al
0.5
cocrfeni高熵合金。
10.s2、在进行热处理前，将高温炉抽真空，防止热处理过程中高熵合金发生氧化，热处理温度为800-1400℃，保温4h，然后随炉冷却。
11.本发明包含如下特征：
12.所述步骤s1中选用的al
0.5
cocrfeni高熵合金粉末由气雾化法所制，该粉末重量百分比如下：
13.al：5.85％
14.co：24.24％
15.cr：21.31％
16.fe：23.75％
17.ni：24.85％
18.所述步骤s1中选区激光熔化增材制造工艺参数包括：激光功率、扫描速度、铺粉层厚、扫描间距等参数。
19.所述步骤s1中成形的高熵合金试样具有统一的尺寸，包括长度、宽度、厚度。
20.所述的al
0.5
cocrfeni高熵合金粉末粒径为15-53μm。
21.所述的选区激光熔化增材制造系统激光功率控制范围为200w-400w。
22.所述的选区激光熔化增材制造系统扫描速度控制范围为0.4m/s-1.8m/s。
23.所述的选区激光熔化增材制造系统铺粉层厚为40μm，扫描间距0.9mm，扫描策略为67
°
旋转扫描法。
24.所述的选区激光熔化高熵合金金相样品尺寸为长度10mm，宽度10mm，厚度5mm，拉伸样品尺寸为长度50mm，宽度6mm，厚度1.5mm，标距为15mm。
25.所述的热处理过程中以10℃/min的升温速率升到800-1400℃。
26.所述的热处理过程在真空条件下完成。
27.本发明的优点和有益效果：
28.(1)本发明通过选区激光增材制造加热处理工艺制备了al
0.5
cocrfeni高熵合金，该制备方式避免传统工艺低自由度设计，高成本等局限性，同时力学性能优异，可以作为一种制备al
0.5
cocrfeni高熵合金的常用手段。
29.(2)本发明通过一种简便的后处理方式改善选区激光增材制造高熵合金的性能，通过改变不同温度对选区激光增材制造高熵合金的位错网络、再结晶行为、第二相尺寸、含量及分布状况进行调控，最终获得了屈服强度≥668mpa，抗拉强度≥1060mpa，延伸率≥16％具有优异综合力学性能的al
0.5
cocrfeni高熵合金。
附图说明
30.图1为选区激光增材制造加热处理制备的al
0.5
cocrfeni高熵合金组织；其中(a)打印成形态(b)为800℃4h热处理(c)为900℃4h热处理(d)为1000℃4h热处理(e)为1100℃4h
热处理(f)为1400℃4h热处理
31.图2为选区激光增材制造加热处理制备的al
0.5
cocrfeni高熵合金xrd示意图
具体实施方式
32.为了使本发明的技术方案更加清楚明了，在此作进一步的详细说明。
33.本发明提供了一种改善选区激光增材制造高熵合金性能的方法，这种方法可以有效提升al
0.5
cocrfeni高熵合金的力学性能。
34.实例1：
35.第一步，选区激光熔化成形高熵合金的准备工作。选区激光增材制造成形之前对基板进行清洁，采用酒精含量不少于99.7％的无水乙醇对基板表面进行清洗，除去基板表面油污，防止污染物对成形高熵合金的影响。
36.第二步，选区激光熔化成形高熵合金构件，实验基板选用不锈钢板，高熵合金粉末粒径为15-53μm，采用相同的实验参数成形高熵合金构件，具体参数为激光功率200w，扫描速度0.8m/s，铺粉层厚40μm，扫描间距0.9mm，光斑直径70μm，激光扫描策略为67
°
旋转法，基板预热至100℃，成形过程通入氩气作为保护气。
37.第三步，将高熵合金构件放入高温炉中以10℃/min的升温速率升至900℃，保温4h，热处理前抽真空防止高熵合金氧化，然后随炉冷却。高温热激活作用下bcc沉淀析出及位错网络的泯灭可有效改善高熵合金的力学性能。
38.实例2：
39.第一步，选区激光熔化成形高熵合金的准备工作。选区激光增材制造成形之前对基板进行清洁，采用酒精含量不少于99.7％的无水乙醇对基板表面进行清洗，除去基板表面油污，防止污染物对成形高熵合金的影响。
40.第二步，选区激光熔化成形高熵合金构件，实验基板选用不锈钢板，高熵合金粉末粒径为15-53μm，采用相同的实验参数成形高熵合金构件，具体参数为激光功率200w，扫描速度0.8m/s，铺粉层厚40μm，扫描间距0.9mm，光斑直径70μm，激光扫描策略为67
°
旋转法，基板预热至100℃，成形过程通入氩气作为保护气。
41.第三步，将高熵合金构件放入高温炉中以10℃/min的升温速率升至1000℃，保温4h，热处理前抽真空防止高熵合金氧化，然后随炉冷却。高温热激活作用下bcc沉淀析出及位错网络的泯灭可有效改善高熵合金的力学性能。
42.综上所述，本发明公开了一种改善选区激光增材制造高熵合金性能的方法，其步骤是气雾化al
0.5
cocrfeni高熵合金粉末经选区激光增材制造成形，以成形效果良好的样品进行热处理，具体为在真空条件下以10℃/min的升温速率升至800-1400℃，保温4h，获得了强度和塑性匹配良好的含有fcc和bcc结构的双相高熵合金。本发明采用选区激光增材制造加后续热处理的制备方式，有效改善了高熵合金传统工艺中存在原材料浪费、成分不均匀等不足，同时，获得了一种选区激光增材制造高熵合金组织性能有效调控方法。