CN114411035B - 适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金及其制备方法，所述析出强化型中熵合金为Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e，其中，M为Ti、Ta、Nb和Mo中的一种或多种元素，a、b、c、d和e分别代表对应各元素的摩尔百分比，b＝20％‑40％，c＝20％‑25％，d>1％，e>0，d+e<7％，a+b+c+d+e＝100％。本发明析出强化型中熵合金采用激光选区熔化成形技术或激光立体成形技术进行制备，实现了高致密、无裂纹、综合力学性能优异的新型析出强化型中熵合金的制备。

Description

适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料激光增材制造技术领域，尤其涉及一种适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金及其制备方法。

背景技术

高/中熵合金以全新的合金设计策略，采用几种等浓度或近等浓度的主元素作为合金元素，表现出优异的强度、延展性和断裂韧性的结合，具有广泛的结构化和功能化应用前景。FCC结构的高/中熵合金表现出良好的韧性但其强度普遍偏低，难以满足结构材料的应用需求，目前，在FCC高/中熵合金中引入析出相是实现FCC高/中熵合金强韧化的有效方法。

高/中熵合金传统制备方法以电弧熔炼为主，存在形状尺寸单一、易出现成分偏析、缩松、缩孔等缺陷，难以成形全致密高性能结构复杂的高/中熵合金部件，极大限制了高/中熵合金的进一步应用与发展。

激光增材制造技术基于材料逐点、逐线、逐层累积的原理，通过高能激光束与金属粉末的快速作用，以极高的制造灵活性，实现了复杂结构或定制部件的近净成形。该技术具有材料利用率高、制造过程高柔性、周期短、微观组织均匀细小等优势，为制备综合性能优异，高精度全致密及形状复杂的高/中熵合金构件提供了巨大的潜力。然而，增材制造过程中高的温度梯度和大的冷却速率，通常会导致高的热残余应力，容易产生裂纹等冶金缺陷。尤其对于析出强化型高/中熵合金，打印过程中极易出现液化开裂及应变时效开裂等缺陷，影响构件的组织完整性和综合性能。因此，设计出适用于激光增材制造的析出强化型高/中熵合金是本领域亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于克服传统高/中熵合金制备方法的缺点，提供适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金及其制备方法，实现高致密、无裂纹、综合力学性能优异的新型析出强化型中熵合金的制备。

本发明通过以下技术方案实现：

适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金，所述析出强化型中熵合金为Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e，其中，M为Ti、Ta、Nb和Mo中的一种或多种元素，a、b、c、d和e分别代表对应各元素的摩尔百分比，b＝20％-40％，c＝20％-25％，d>1％，e>0，d+e<7％，a+b+c+d+e＝100％。

优选的，采用激光选区熔化成形技术进行制备。

进一步的，包括：

步骤1，中熵合金粉末制备及预处理

按照权利要求1所述摩尔百分比，取各元素对应的金属原料，采用真空气雾化法制备中熵合金预合金球形粉末，过筛，烘干，得到中熵合金粉末；

步骤2，激光选区熔化成形Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e析出强化型中熵合金

根据待制备的中熵合金构件的几何形状建立三维实体模型并转换为STL格式的文件，导入激光选区熔化成形设备的建造软件中，进行分层处理；通入高纯氩气，使成形舱室内氧气含量低于300ppm，根据所设定的激光选区熔化成形的工艺参数及扫描策略，将中熵合金粉末逐层熔化成形，制备得到中熵合金构件。

进一步的，激光选区熔化成形的工艺参数如下：激光功率P为160～360W，扫描速率v为600～1000mm/s，扫描间距h为60-80μm，铺粉层厚t为30-50μm，光斑直径为80μm，体能量密度VED范围为140J/mm³<VED<240J/mm³，其中VED＝P/vht。

进一步的，扫描策略为67°旋转扫描、往复扫描、往复交织扫描或45°旋转分区扫描。

进一步的，还包括热处理步骤：将中熵合金构件升温至600℃～800℃保温12h≤t≤480h，保温结束后水冷，得到热处理后的中熵合金。

优选的，采用激光立体成形技术进行制备。

进一步的，包括：

步骤1，中熵合金粉末制备及预处理

按照权利要求1所述摩尔百分比，取各元素对应的金属原料，采用真空气雾化法制备中熵合金预合金球形粉末，过筛，烘干，得到中熵合金粉末；

步骤2激光立体成形Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e析出强化型中熵合金

根据待制备的中熵合金构件的几何形状建立三维实体模型并转换为STL格式传送到激光立体成形设备，设置打印工艺参数及激光扫描路径，将中熵合金粉末送至激光立体成形设备中高能激光束所形成的熔池中，通过在基材上逐点、逐线、逐层沉积原材料的方式，打印得到中熵合金构件。

进一步的，打印工艺参数如下：激光功率为2KW～3.5KW，扫描速率为300～800mm/min，送粉速度为5-8g/min，Z轴抬升量为0.4-1.0mm，搭接率为50％，光斑直径为3mm，扫描路径为往复交织扫描路径。

进一步的，还包括热处理步骤：将中熵合金构件升温至600℃～800℃保温3h≤t≤480h，保温结束后水冷，得到热处理后的中熵合金。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明设计了适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金，在Ni_aCo_bCr_c基体中通过多主元化的形式，添加Al以及Ti、Ta、Nb或Mo元素，促进γ'相产生并显著增强γ'析出相的强化效果。规定上述Al、Ti、Ta、Nb、Mo之和小于7％，原因在于一方面克服了由于高体积分数的γ'相所导致的增材制造过程成形性差等问题，即降低了合金在激光增材制造中高的液化开裂及应变时效开裂等敏感性；另一方面能够获得具有优异强化效果的γ'析出相。本发明按照上述的配方，分别采用激光选区熔化成形技术与激光立体成形技术实现了高致密、无裂纹、综合力学性能优异的新型析出强化型中熵合金的制备。

进一步的，通过对激光增材制造样品进行热处理促进γ'析出相的产生，同时获得具有部分再结晶的非均匀组织，大幅度提高了本发明所设计的析出强化型中熵合金的综合力学性能，实现了激光增材制造中熵合金的进一步强韧化。

附图说明

图1为本发明实施例1激光选区熔化成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金粉末形貌。

图2为本发明实施例1激光选区熔化技术制备的Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金块体样品。

图3为本发明实施例1中激光选区熔化技术制备的Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金的致密度随体能量密度的变化规律。

图4为本发明实施例1中分别采用铸造和激光选区熔化技术制备的Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金的扫描电镜图片，其中(a)为铸态，(b)为沉积态。

图5为本发明实施例1中铸态和激光选区熔化成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金的室温拉伸应力-应变曲线。

图6为本发明实施例1激光选区熔化成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金经600℃/12h热处理后的扫描电镜图片(a)和透射电镜选区电子衍射图(b)。

图7为本发明实施例1激光选区熔化成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金经不同热处理温度和时间后的室温拉伸应力-应变曲线。

图8为本发明实施例2激光立体成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金粉末形貌。

图9为本发明实施例2激光立体成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金块体样品。

图10为本发明实施例2中采用不同激光功率制备的Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金的室温拉伸应力-应变曲线。

图11为本发明实施例2中激光立体成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金的微观组织特征。

图12为本发明实施例2中采用最优激光立体成形工艺参数制备的Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金的室温拉伸应力-应变曲线。

图13为本发明实施例2激光立体成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金经热处理后的扫描电镜图片。

图14为本发明实施例2激光立体成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金经热处理后的显微硬度。

图15为本发明实施例2激光立体成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金经700℃/3h热处理后(LSF-HT)的室温拉伸应力-应变曲线。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行描述，这些描述只是进一步解释本发明的特征和优点，并非用于限制本发明的权利要求。

本发明所述的适用于激光增材制造的强塑性优异的析出强化型中熵合金，所述析出强化型中熵合金的合金组分为Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e，其中a、b、c、d、e分别代表对应各元素的摩尔百分比，a为余量，b＝20-40at.％，c＝20-25at.％，d>1at.％，e>0，d+e<7at.％，a+b+c+d+e＝100at.％，所述微量元素M包括Ti、Ta、Nb、Mo中的一种或多种成分。所选用中熵合金为真空气雾化或等离子旋转电极法制备的预合金球形粉末，纯度大于99.9％。

本发明提供了上述析出强化型中熵合金的激光选区熔化成形技术的制备方法，包括以下步骤：

1、中熵合金粉末制备及预处理

根据所述中熵合金名义化学成分中的各元素摩尔百分比进行配比，采用真空气雾化法制备中熵合金预合金球形粉末，将预合金球形粉末进行过筛，选用粉末粒径为15-53μm。氧含量及氮含量低于300ppm，优选的氧含量为131ppm，氮含量为53ppm。进行激光选区熔化前，将预合金球形粉末进行80℃，4h的烘干处理，去除粉末中的水分，随后将其放置于激光选区熔化设备送粉缸内。

2、基板表面处理

选取不锈钢或碳钢基板，打磨待沉积面，并依次用丙酮和酒精清洗以去除表面油污，随后吹干，将基板安装在成型平台上并进行调平。在打印之前，将基板预热到100℃-200℃，优选的基板预热温度为200℃。

3、激光选区熔化成形Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e析出强化型中熵合金

在计算机上建立三维实体模型并转换为STL格式的文件，将其导入激光选区熔化成形设备的建造软件中，进行分层处理。激光选区熔化成形的工艺参数如下：激光功率P为160～360W，扫描速率v为600～1000mm/s，扫描间距h为60-80μm，铺粉层厚t为30-50μm，光斑直径为80μm，扫描策略可选择67°旋转扫描、往复扫描、往复交织扫描以及45°旋转分区扫描路径。打印之前，通入纯度为99.99wt.％的高纯氩气，使成形舱室内氧气含量低于300ppm。根据所设定的激光选区熔化成形的工艺参数及扫描路径，将Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e中熵合金预合金球形粉末逐层熔化成形，制备出块体样品。本发明采用激光选区熔化成形的方式制备Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e析出强化型中熵合金，通过选用优化的激光选区熔化成形工艺参数，即高的体能量密度VED(140J/mm³<VED<240J/mm³，VED＝P/vht)，可以极大提高打印合金的致密度，进而提高其综合力学性能，实现高致密、无裂纹、性能优异的析出强化型中熵合金复杂结构件的一体化精密成形。

本发明还提供了上述析出强化型中熵合金的激光立体成形技术的制备方法，包括以下步骤：

1、中熵合金粉末制备及预处理

根据所述中熵合金名义化学成分中的各元素摩尔百分比进行配比，采用真空气雾化法制备中熵合金预合金球形粉末，将预合金球形粉末进行过筛，选用粉末粒径为45-150μm。氧含量及氮含量低于300ppm，优选的氧含量为131ppm，氮含量为53ppm。进行激光立体成形实验前，将粉末烘干处理以避免粉末中吸附的水分对材料成形产生的影响，随后将粉末放置于激光立体成形设备送粉器内。

2、基板表面处理

选取不锈钢或碳钢基板，打磨待沉积面，并依次用丙酮和酒精清洗以去除表面油污，随后吹干，将基板固定于成型平台。

3、激光立体成形Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e析出强化型中熵合金

根据中熵合金构件的几何形状在计算机上建立三维实体模型并转换为STL格式传送到激光成形设备，设置打印工艺参数及激光扫描路径，在数控***的控制下，中熵合金球形粉末经同轴送粉喷嘴送至高能激光束所形成的熔池中，通过在基材上逐点、逐线、逐层沉积原材料的方式，实现特定形状及尺寸的复杂构件成形。上述激光立体成形的工艺参数如下：激光功率为2KW～3.5KW，扫描速率为300～800mm/min，送粉速度为5-8g/min，Z轴抬升量为0.4-1.0mm，搭接率为50％，光斑直径为3mm，扫描策略选择往复交织扫描，即在同一沉积层，扫描路径呈S型，相邻沉积层，扫描方向旋转90°。上述激光立体成形过程采用高纯氩气作为保护气体和载粉气体，打印过程中氧气含量低于2000ppm。根据上述设定的激光立体成形的工艺参数及扫描路径，将Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e中熵合金粉末逐层熔化成形，制备出块体样品。通过优化激光功率、扫描速度、送粉速度以及Z轴抬升量，可以提高打印合金的质量并优化微观组织，进一步提高其综合力学性能，实现全致密、无缺陷、综合性能优异的析出强化型中熵合金复杂结构件的一体化精密成形。

本发明还提供了上述激光增材制造技术制备Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e析出强化型中熵合金的热处理方法，包括以下步骤：

在本发明中，为促进高体积分数的析出相产生，对激光增材制造Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e型析出强化型中熵合金进行热处理。所述热处理的方式优选包括：将激光增材制造制备的Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e析出强化型中熵合金升温至600℃～800℃保温，所选时间12h≤t≤480h(激光选区熔化成形)或者3h≤t≤480h(激光立体成形)，保温结束后水冷，得到热处理后的中熵合金。通过对上述激光增材制造Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e中熵合金进行热处理，可有效促进高体积分数的析出相的析出，同时得到不完全再结晶的组织，进一步优化激光增材制造Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e中熵合金的综合力学性能，实现高强高韧中熵合金的制备。

实施例1

一种适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金，该中熵合金的化学式为Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂；其中，各元素的比例为摩尔百分比。所选用中熵合金为气雾化预合金球形粉末，纯度大于99.9％。

本实施例1采用激光选区熔化技术制备中熵合金成形过程如下：

1、中熵合金粉末制备及预处理

将根据上述中熵合金名义化学成分中的各元素摩尔比进行配比，采用真空气雾化法制备中熵合金预合金球形粉末，将预合金粉末进行过筛，选用粒粉末粒径为15-53μm，其典型形态如图1所示。氧含量为131ppm，氮含量为53ppm。进行激光选区熔化前，将粉末进行80℃，4h的烘干处理，去除粉末中的水分。随后将其放置于激光选区熔化设备送粉缸内。

2、基板表面处理

选取316L不锈钢基板，打磨待沉积面，并依次用丙酮和酒精清洗以去除表面油污，随后吹干，将基板安装在成型平台上并进行调平。在打印之前，将基板预热到200℃。

3、激光选区熔化成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂析出强化型中熵合金

在计算机上建立三维实体模型并转换为STL格式的文件，将其导入选区激光熔化成形设备的建造软件中，进行分层处理。激光选区熔化成形的工艺参数如下：激光功率为160～360W，扫描速率为600～1000mm/s，扫描间距为60-80μm，铺粉层厚为30-50μm，光斑直径为80μm，扫描策略为67°旋转扫描。打印之前，通入纯度为99.99wt.％的高纯氩气，使成形舱室内氧气含量低于300ppm。

通过表1所示参数，调整激光功率、扫描速率、扫描间距，固定铺粉层厚为30μm进行激光选区熔化成形实验，得到激光选区熔化成形样品如图2所示。并对样品致密度进行测试，结果如图3所示。

表1实验参数

通过表1所示实验确定了最优的工艺参数：激光功率为320W，扫描速度为1000mm/s，扫描间距为70μm，铺粉层厚为30μm。

4、激光选区熔化成形样品组织表征及性能测试

采用扫描电子显微镜(SEM)观察在最优激光选区熔化参数成形样品的显微组织，如图4(b)所示，合金成形质量较好，未观察到裂纹等缺陷，经测试得到成形件相对致密度大于99.6％。与铸态(采用真空电弧熔炼法制备)组织相比，激光选区熔化沉积所制备的Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂析出强化型中熵合金微观组织更加细小均匀。实施例1选用最优工艺参数所成形的激光选区熔化Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金(SLM)的室温屈服强度为671MPa，抗拉强度为913MPa，延伸率为36％，硬度为310HV。其强度远高于铸态，拉伸塑性与铸态相当，如图5所示，其中Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金铸态(Cast)的屈服强度为342MPa，抗拉强度为648MPa，延伸率为38％。

5、激光选区熔化成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金热处理

通过时效处理促进激光选区熔化成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金析出相的产生从而实现进一步的强韧化。在本发明中，所述热处理的方式包括，将采用最优激光选区熔化参数成形的Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金升温至600℃～800℃保温，所选时间为12h≤t≤480h，保温结束后水冷，得到热处理后的中熵合金。

具体进行三组实验，一组实验中，在600℃热处理12h，另一组实验中，在700℃热处理12h，再一组实验中，在700℃热处理480h。

图6为激光选区熔化成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金经600℃/12h热处理后的扫描电镜图片(a)和透射电镜选区电子衍射图(b)，从图6(a)中可以观察到沉积态组织发生了部分再结晶，图6(b)中可同时观察到FCC相和γ'析出相的衍射斑点。对激光选区熔化成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金热处理样品进行室温拉伸性能测试，结果如图7所示，结果表明，热处理后强度大幅度提高，沉积态经700℃/480h热处理后屈服强度可达到1098MPa，抗拉强度为1466MPa，延伸率为25％，该室温拉伸性能是迄今为止激光增材制造高/中熵合金的最高水平。

实施例2

一种适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金，该中熵合金的化学式为Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂；其中，各元素的比例为摩尔百分比。所选用中熵合金为气雾化预合金球形粉末，纯度大于99.9％。

本实施例2采用激光立体成形技术制备中熵合金成形过程如下：

1、中熵合金粉末制备及预处理

将根据所述中熵合金名义化学成分中的各元素摩尔比进行配比，采用真空气雾化法制备中熵合金预合金球形粉末，将预合金球形粉末进行过筛，选用粉末粒径为45-150μm，其典型形貌如图8所示。氧含量为131ppm，氮含量为53ppm。进行激光立体成形实验前，将粉末烘干处理以避免粉末中吸附的水分对材料成形产生的影响，随后将粉末放置于激光立体成形设备送粉器内。

2、基板表面处理

选取316L不锈钢基板，将待沉积面打磨，并依次用丙酮和酒精清洗以去除表面油污，随后吹干，将基板固定夹在成型平台。

3、激光立体成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂析出强化型中熵合金

根据中熵合金构件的几何形状在计算机上建立三维实体模型并转换为STL格式传送到激光成形设备，设置打印工艺参数及激光扫描路径，在数控***的控制下，中熵合金粉末经同轴送粉喷嘴送至高能激光束所形成的熔池中，通过在基材上逐点、逐线、逐层沉积原材料的方式，实现特定形状及尺寸的复杂构件成形。上述激光立体成形的工艺参数如下：激光功率为2KW～3.5KW，扫描速率为300～800mm/min，送粉速度为5-8g/min，Z轴抬升量为0.4-1.0mm，搭接率为50％，光斑直径为3mm，扫描策略选择往复交织扫描，即在同一沉积层，扫描路径呈S型，相邻沉积层，扫描方向旋转90°。上述激光立体成形过程采用高纯氩气作为保护气体和载粉气体，打印过程中氧气含量低于2000ppm。

调整激光功率、扫描速率、送粉速度、Z轴抬升量进行最优工艺探索，并打印具有不同线能量密度的块体样品，具体采用的工艺参数如表2所示。

表2实施例2的具体实验参数

采用以上激光立体成形工艺参数制备了Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金块体样品，其典型宏观形貌如图9所示。对3个样品分别进行室温拉伸性能测试，结果如图10所示。通过力学性能测试结果，确定了最优的工艺参数：激光功率为2800W，扫描速度为300mm/min，送粉速度为5g/min，Z轴抬升量0.5mm，搭接率为50％。

4、激光立体成形样品组织表征及性能测试

采用电子背散射衍射(EBSD)和扫描电子显微镜(SEM)观察最优参数下成形样品的显微组织，如图11所示，合金成形质量较好，未观察到裂纹，孔隙，融合不良等缺陷。并且采用激光立体成形技术制备的Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金组织中存在少量的γ'纳米级析出相的产生，如图11(b)所示。采用优选的工艺参数制备的激光立体成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金的室温力学性能如图12所示，沿建造方向(纵向)屈服强度为723MPa，抗拉强度为1078MPa，延伸率为39％，硬度为355HV；沿扫描方向(横向)屈服强度为566MPa，抗拉强度为1011MPa，延伸率为47％，硬度为284HV。与传统铸造相比，采用激光立体成形方法所制备的Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金样品具有高的强塑性结合。

5、激光立体成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金热处理。

进一步通过时效处理促进激光立体成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金析出相的产生从而实现进一步的强韧化。在本发明中，所述热处理的方式包括，将最优工艺参数下激光立体成形的Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金升温至700℃保温，所选时间为3h，保温结束后水冷，得到热处理后的中熵合金。

图13显示了激光立体成形Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金经700℃/3h热处理后的高倍扫描电镜图片，可以看到，相比于原始沉积态组织，析出相的体积分数显著增加。图14显示了采用不同激光功率制备的Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金在热处理后的显微硬度变化规律。经热处理后，由于高体积分数的析出相产生，可以看到硬度明显提高，激光功率为2.8KW的样品经700℃/3h热处理后的硬度约为415HV。图15显示了激光功率为2.8KW的Ni₃₅Co₃₅Cr₂₅Ti₃Al₂中熵合金在700℃/3h热处理后的拉伸性能，其屈服强度为808MPa，抗拉强度为1168MPa，延伸率为32％，相比于沉积态样品，由于析出相的产生，其强度有了显著的提升。

Claims (6)

1.适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金，其特征在于，所述析出强化型中熵合金为Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e，其中，M为Ti、Ta、Nb和Mo中的一种或多种元素，a、b、c、d和e分别代表对应各元素的摩尔百分比，b=20%～40%，c=20%～25%，d > 1%，e >0，d+e < 7%，a+b+c+d+e=100%；

所述析出强化型中熵合金采用激光选区熔化成形技术进行制备；包括：

步骤1，中熵合金粉末制备及预处理

按照上述摩尔百分比，取各元素对应的金属原料，采用真空气雾化法制备中熵合金预合金球形粉末，过筛，烘干，得到中熵合金粉末；

步骤2，激光选区熔化成形Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e析出强化型中熵合金

根据待制备的中熵合金构件的几何形状建立三维实体模型并转换为STL格式的文件，导入激光选区熔化成形设备的建造软件中，进行分层处理；通入高纯氩气，使成形舱室内氧气含量低于300ppm，根据所设定的激光选区熔化成形的工艺参数及扫描策略，将中熵合金粉末逐层熔化成形，制备得到中熵合金构件；

激光选区熔化成形的工艺参数如下：激光功率P为160～360W，扫描速率v为600～1000mm/s，扫描间距h为60～80μm，铺粉层厚t为30～50μm，光斑直径为80μm，体能量密度VED范围为140J/mm³ < VED < 240J/mm³，其中VED=P/vht；

或者，所述析出强化型中熵合金采用激光立体成形技术进行制备；包括：

步骤1，中熵合金粉末制备及预处理

按照上述摩尔百分比，取各元素对应的金属原料，采用真空气雾化法制备中熵合金预合金球形粉末，过筛，烘干，得到中熵合金粉末；

步骤2激光立体成形Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e析出强化型中熵合金

根据待制备的中熵合金构件的几何形状建立三维实体模型并转换为STL格式传送到激光立体成形设备，设置打印工艺参数及激光扫描路径，将中熵合金粉末送至激光立体成形设备中高能激光束所形成的熔池中，通过在基材上逐点、逐线、逐层沉积原材料的方式，打印得到中熵合金构件；

打印工艺参数如下：激光功率为2kW～3.5kW，扫描速率为300～800mm/min，送粉速度为5～8g/min，Z轴抬升量为0.4～1.0mm，搭接率为50%，光斑直径为3mm，扫描路径为往复交织扫描路径。

2.权利要求1所述的适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金的制备方法，其特征在于，采用激光选区熔化成形技术进行制备；包括：

步骤1，中熵合金粉末制备及预处理

按照权利要求1所述摩尔百分比，取各元素对应的金属原料，采用真空气雾化法制备中熵合金预合金球形粉末，过筛，烘干，得到中熵合金粉末；

步骤2，激光选区熔化成形Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e析出强化型中熵合金

根据待制备的中熵合金构件的几何形状建立三维实体模型并转换为STL格式的文件，导入激光选区熔化成形设备的建造软件中，进行分层处理；通入高纯氩气，使成形舱室内氧气含量低于300ppm，根据所设定的激光选区熔化成形的工艺参数及扫描策略，将中熵合金粉末逐层熔化成形，制备得到中熵合金构件；

激光选区熔化成形的工艺参数如下：激光功率P为160～360W，扫描速率v为600～1000mm/s，扫描间距h为60～80μm，铺粉层厚t为30～50μm，光斑直径为80μm，体能量密度VED范围为140J/mm³ < VED < 240J/mm³，其中VED=P/vht。

3.根据权利要求2所述的适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金的制备方法，其特征在于，扫描策略为67º旋转扫描、往复扫描、往复交织扫描或45º旋转分区扫描。

4.根据权利要求2所述的适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金的制备方法，其特征在于，还包括热处理步骤：将中熵合金构件升温至600ºC～800ºC保温12h ≤ t ≤480h，保温结束后水冷，得到热处理后的中熵合金。

5.权利要求1所述的适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金的制备方法，其特征在于，采用激光立体成形技术进行制备；包括：

步骤1，中熵合金粉末制备及预处理

按照权利要求1所述摩尔百分比，取各元素对应的金属原料，采用真空气雾化法制备中熵合金预合金球形粉末，过筛，烘干，得到中熵合金粉末；

步骤2激光立体成形Ni_aCo_bCr_cAl_dM_e析出强化型中熵合金

根据待制备的中熵合金构件的几何形状建立三维实体模型并转换为STL格式传送到激光立体成形设备，设置打印工艺参数及激光扫描路径，将中熵合金粉末送至激光立体成形设备中高能激光束所形成的熔池中，通过在基材上逐点、逐线、逐层沉积原材料的方式，打印得到中熵合金构件；

打印工艺参数如下：激光功率为2kW～3.5kW，扫描速率为300～800mm/min，送粉速度为5～8g/min，Z轴抬升量为0.4～1.0mm，搭接率为50%，光斑直径为3mm，扫描路径为往复交织扫描路径。

6.根据权利要求5所述的适用于激光增材制造的析出强化型中熵合金的制备方法，其特征在于，还包括热处理步骤：将中熵合金构件升温至600ºC～800ºC保温3h ≤ t ≤480h，保温结束后水冷，得到热处理后的中熵合金。

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