CN116765380B - 一种增材制造用形状记忆高熵合金粉末及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增材制造用形状记忆高熵合金粉末及其制备方法，涉及高熵合金与增材制造技术领域，所述增材制造用形状记忆高熵合金粉末按照原子百分比包括Ni：5%~25%、Ti：5%~25%、Hf：5%~25%、Zr：5%~25%、Cu：5%~25%，本发明制备的形状记忆高熵合金粉末中非金属夹杂含量低，形状记忆高熵合金粉末球形度高，等离子旋转电极雾化装置的电机高速旋转产生的离心力将熔化的金属液甩出形成小的液滴，熔融液滴在雾化室飞行过程中，在金属液表面张力作用下球化凝固成形状记忆高熵合金粉末，从而保证了形状记忆高熵合金粉末的球形度，采用此方法制备的形状记忆高熵合金粉末球形度达到0.80以上。
Description
技术领域
本发明涉及高熵合金与增材制造技术领域，具体涉及一种增材制造用形状记忆高熵合金粉末及其制备方法。
背景技术
基于多主元成分概念的高熵合金（High Entropy Alloy, HEA）设计理念在过去十几年中备受关注。HEA通常由五种主元元素组成，成分配比介于5~35%之间，最近HEA的概念已经扩展到具有四个主元素的合金。高熵、严重的晶格畸变效应、化学成分短程有序、迟滞扩散效应，化学成分异质性，使得HEA表现出一系列优异的性能，例如高屈服强度和高延展性、在低温和高温下的优异强度、高耐腐蚀性、抗氧化性等，在航空航天、模具、机械零件等领域具有巨大的应用潜力。铸造的HEA一般采用真空感应熔炼或真空电弧熔炼，这些方法需要反复熔炼才能达到化学成分的均匀性，但是制备的棒材仍然具有明显的孔洞。除此之外，铸态HEA通常会伴随一些缺陷，例如相偏析、晶粒粗大、纤维组织不均匀等，从而会导致力学性能退化。
基于铺粉式或送粉式的增材制造（Additive Manufacturing, AM）工艺，更快的凝固速率和更细小的微观组织有助于解决铸态高熵合金以上所述缺点。用于AM的高熵合金粉末具有不同于传统粉末冶金所需要的粉末特性，不仅要求粉末纯度高、氧含量低，还要求粉末球形度高、粒度分布均匀，以及良好的流动性和松装密度。因此，在制粉之前需要获得尽可能无缺陷、低杂质含量、质量分布均匀、组织分布均匀的铸锭。而常规的真空感应炉熔炼与电弧熔炼都无法避免与坩埚的直接接触，有可能会造成熔炼过程中的原材料污染。
传统的制粉方式包括水雾化法、气雾化法、水-气联合雾化等。水雾化制粉的主要缺点是粉末氧含量难以控制，球形度较差，难以满足AM的高纯净粉末要求。现在用于AM制粉的常规方法主要是气雾化制粉，但是制粉效率较低，成本较高。等离子旋转电极雾化法最先是用于高温合金粉末，近年来已经突破了极限转速与制备粉末粒度粗大的问题。等离子旋转电极雾化制粉过程是将金属或合金制成自耗电极，自耗电极端部在同轴等离子体电弧加热源的作用下熔化形成液膜，液膜在旋转离心力的作用下被高速甩出形成液滴，熔融液滴与雾化室内氩气摩擦，在切应力作用下进一步破碎，随后熔滴在表面张力的作用下快速冷却凝固成球形粉末。相对于气雾化技术，此技术不以高速惰性气流直接分散金属液流雾化，可以避免气雾化法中出现的“伞效应”，使粉末球形度更高。
发明内容
针对现有高熵合金粉末存在的缺陷，本发明提供一种粒径分布广泛、球形度高、氧含量低、杂质含量低的增材制造用形状记忆高熵合金粉末及其制备方法。
一种增材制造用形状记忆高熵合金粉末，所述增材制造用形状记忆高熵合金粉末按照原子百分比包括Ni：5%~25%、Ti：5%~25%、Hf：5%~25%、Zr：5%~25%、Cu：5%~25%。
优选的，所述增材制造用形状记忆高熵合金粉末按照原子百分比包括Ni：10~25%、Ti：10~25%、Hf：10~25%、Zr：10~25%、Cu：10~25%。
一种制备上述增材制造用形状记忆高熵合金粉末的方法，包括如下步骤：
步骤1，按照原子百分比确定Ni、Ti、Hf、Zr、Cu的添加量；
步骤2，将Ti、Cu、Zr、Hf、Ni按照从底部至顶部的顺序依次装入真空悬浮炉，对真空悬浮炉内的原料进行真空悬浮熔炼，熔炼多次，使其充分扩散，形成均匀固溶体，浇铸棒材，待棒材冷却后，使用线切割去除棒材的冒口缩孔；
步骤3，将加工后的棒材安装在连续送料器，连续送料器以一定的速率下降，将棒材下端送入等离子弧，在惰性气体保护下，通过等离子弧对棒材进行持续加热熔炼，等离子旋转电极雾化装置的电机高速旋转产生的离心力将熔化的金属液甩出形成小的液滴，液滴在惰性气体中高速冷却，凝固成为球形的形状记忆高熵合金粉末，经过冷却水***的冷却后，形状记忆高熵合金粉末通过输粉管道输送至粉末收集罐，得到形状记忆高熵合金粉末。
优选的，还包括步骤4，通过气流分级或筛网分级的方式，将形状记忆高熵合金粉末按照规定的不同粒径范围进行划分和收集。
优选的，所述步骤2中的熔炼步骤具体为：先对Ti、Cu、Zr、Hf、Ni进行酸洗，酸洗后再装入真空悬浮炉，真空悬浮炉内抽真空至10-3量级，使用氩气洗气两次，在舱室填充氩气保护，熔炼和浇铸的全过程需在氩气保护环境中进行，将真空悬浮炉功率设置成为100KW，熔炼5min；继续升高真空悬浮炉功率至150KW，熔炼5min；再次升高真空悬浮炉功率至200KW，熔炼5min；在形成熔池后，降低真空悬浮炉功率至150KW，充分熔炼15min，熔炼总时长共计30min，真空悬浮炉冷却降温，获得毛坯形状记忆高熵合金，重复上述熔炼步骤十次，每次将毛坯形状记忆高熵合金取出后上下翻转，熔炼第十次时，待毛坯形状记忆高熵合金冷却至100℃~150℃区间时，将毛坯形状记忆高熵合金取出，再浇铸成棒材，熔炼第十次时，原料间充分扩散，形成均匀固溶体。
优选的，所述步骤3中在将加工后的棒材安装在连续送料器后，先使用机械泵将等离子旋转电极雾化装置的的雾化室气压抽至15Pa~50Pa，然后开启分子泵将等离子旋转电极雾化装置的雾化室气压抽至1.0×10-2Pa以下，向雾化室内充入纯度为99.99%的氩气作为保护气，使雾化室气压达到0.04MPa~0.08MPa。
优选的，所述步骤4中将形状记忆高熵合金粉末的粒径按照15μm~53μm、50μm~150μm、150μm~250μm、大于250μm的范围进行划分和收集。
本发明的有益效果：
本发明制备的形状记忆高熵合金粉末球形度高，等离子旋转电极雾化装置的电机高速旋转产生的离心力将熔化的金属液甩出形成小的液滴，熔融液滴在雾化室飞行过程中，在金属液表面张力作用下球化凝固成形状记忆高熵合金粉末，从而保证了形状记忆高熵合金粉末的球形度，采用此方法制备的形状记忆高熵合金粉末球形度达到0.80以上；
本发明制备的形状记忆高熵合金粉末成分均匀，制备过程中熔炼了十次，保证了形状记忆高熵合金粉末成分的一致性和均匀性；
本发明制备的形状记忆高熵合金粉末中非金属夹杂含量低，因为本发明制备方法中熔化的金属液滴不与坩埚接触，有效避免了非金属夹杂物的引入；
本发明制备的形状记忆高熵合金粉末在LAM-150V设备上进行激光金属熔融成型时，形状记忆高熵合金粉末输送均匀，成型件无明显气孔、开裂等缺陷，所制备的零件具有优于现存大多数高熵形状记忆合金的硬度、屈服强度、宽温域超弹性能以及形状记忆性能，可广泛应用于各种精密仪器和特种装备制造，如耦合装置、减振器、紧固件等，甚至可满足航空航天领域的轻量化需求以及低温宽温域功能性需求。
附图说明
图1为实施例1制备的增材制造用形状记忆高熵合金粉末的扫描电镜二次电子成像图；
图2为实施例1制备的增材制造用形状记忆高熵合金粉末的扫描电镜二次电子成像放大图；
图3为实施例1制备的增材制造用形状记忆高熵合金粉末的粒径分布图；
图4为实施例1制备的增材制造用形状记忆高熵合金粉末的X射线衍射图谱；
图5为实施例1制备的增材制造用形状记忆高熵合金粉末的差式扫描量热仪分析曲线图。
具体实施方式
参阅图1与图5所示，一种增材制造用形状记忆高熵合金粉末，所述增材制造用形状记忆高熵合金粉末按照原子百分比包括Ni：5%~25%、Ti：5%~25%、Hf：5%~25%、Zr：5%~25%、Cu：5%~25%。
其中，原料的纯净度为：Ni：99.98%、Ti：99.95%、Cu：99.9%、Zr：99.9%、Hf：99.95%。
具体的，所述增材制造用形状记忆高熵合金粉末按照原子百分比包括Ni：10~25%、Ti：10~25%、Hf：10~25%、Zr：10~25%、Cu：10~25%。
参阅图1与图5所示，一种制备上述增材制造用形状记忆高熵合金粉末的方法，包括如下步骤：
步骤1，按照原子百分比确定Ni、Ti、Hf、Zr、Cu的添加量；
步骤2，将Ti、Cu、Zr、Hf、Ni按照从底部至顶部的顺序依次装入真空悬浮炉，对真空悬浮炉内的原料进行真空悬浮熔炼，熔炼多次，使其充分扩散，形成均匀固溶体，浇铸棒材，待棒材冷却后，使用线切割去除棒材的冒口缩孔；
步骤3，将加工后的棒材安装在连续送料器，连续送料器以一定的速率下降，将棒材下端送入等离子弧，在惰性气体保护下，通过等离子弧对棒材进行持续加热熔炼，等离子旋转电极雾化装置的电机高速旋转产生的离心力将熔化的金属液甩出形成小的液滴，液滴在惰性气体中高速冷却，凝固成为球形的形状记忆高熵合金粉末，经过冷却水***的冷却后，形状记忆高熵合金粉末通过输粉管道输送至粉末收集罐，得到形状记忆高熵合金粉末；
步骤4，通过气流分级或筛网分级的方式，将形状记忆高熵合金粉末按照规定的不同粒径范围进行划分和收集。
具体的，所述步骤2中的熔炼步骤具体为：先对Ti、Cu、Zr、Hf、Ni进行酸洗，酸洗后再装入真空悬浮炉，真空悬浮炉内抽真空至10-3量级，使用氩气洗气两次，在舱室填充氩气保护，熔炼和浇铸的全过程需在氩气保护环境中进行，将真空悬浮炉功率设置成为100KW，熔炼5min；继续升高真空悬浮炉功率至150KW，熔炼5min；再次升高真空悬浮炉功率至200KW，熔炼5min；在形成熔池后，降低真空悬浮炉功率至150KW，充分熔炼15min，熔炼总时长共计30min，真空悬浮炉冷却降温，获得毛坯形状记忆高熵合金，重复上述熔炼步骤十次，每次将毛坯形状记忆高熵合金取出后上下翻转，熔炼第十次时，待毛坯形状记忆高熵合金冷却至100℃~150℃区间时，将毛坯形状记忆高熵合金取出，再浇铸成棒材，熔炼第十次时，原料间充分扩散，形成均匀固溶体。
具体的，所述步骤2中制备棒材的直径为20~50mm。
具体的，所述步骤3中棒材安装前需按图纸要求对棒材进行校验，去除棒材表面异物。
具体的，所述步骤3中两个棒材之间用螺纹连接，将棒材一端穿过动密封伸进雾化室，另一端与从动轴连接头通过螺纹连接。
具体的，所述步骤3中，在将加工后的棒材安装在连续送料器后，先使用机械泵将等离子旋转电极雾化装置的的雾化室气压抽至15Pa~50Pa，然后开启分子泵将等离子旋转电极雾化装置的雾化室气压抽至1.0×10-2Pa以下，向雾化室内充入纯度为99.99%的氩气作为保护气，使雾化室气压达到0.04MPa~0.08MPa。
具体的，所述步骤3中，等离子旋转电极雾化装置的电机转速为20000r/min~40000r/min。
具体的，所述步骤4中将形状记忆高熵合金粉末的粒径按照15μm~53μm、50μm~150μm、150μm~250μm、大于250μm的范围进行划分和收集。
实施例一
参阅图1与图5所示，一种制备上述增材制造用形状记忆高熵合金粉末的方法，包括如下步骤：
步骤1，选用纯净度为99.98%的电解Ni颗粒，纯净度为99.95%的Ti颗粒，纯净度为99.9%的Cu颗粒，纯净度为99.95%的海绵Zr，纯净度为99.95%的晶条Hf为原料，增材制造用形状记忆高熵合金粉末按照原子百分比设定为Ni：25%、Ti：16.67%、Hf：16.67%、Zr：16.66%、Cu：25%；
步骤2，先对Ti、Cu、Zr、Hf、Ni进行酸洗，酸洗后Ti、Cu、Zr、Hf、Ni按照从底部至顶部的顺序依次装入真空悬浮炉，真空悬浮炉内抽真空至10-3量级，使用氩气洗气两次，在舱室填充氩气保护，熔炼和浇铸的全过程需在氩气保护环境中进行，将真空悬浮炉功率设置成为100KW，熔炼5min；继续升高真空悬浮炉功率至150KW，熔炼5min；再次升高真空悬浮炉功率至200KW，熔炼5min；在形成熔池后，降低真空悬浮炉功率至150KW，充分熔炼15min，熔炼总时长共计30min，真空悬浮炉冷却降温，获得毛坯形状记忆高熵合金，重复上述熔炼步骤十次，每次将毛坯形状记忆高熵合金取出后上下翻转，熔炼第十次时，待毛坯形状记忆高熵合金冷却至126℃时，将毛坯形状记忆高熵合金取出，再浇铸成棒材，并使用线切割去除棒材的冒口缩孔；
步骤3，将加工后的棒材安装在连续送料器，先使用机械泵将等离子旋转电极雾化装置的的雾化室气压抽至34Pa，然后开启分子泵将等离子旋转电极雾化装置的雾化室气压抽至1.0×10-2Pa以下，向雾化室内充入纯度为99.99%的氩气作为保护气，使雾化室气压达到0.06MPa，连续送料器以一定的速率下降，将棒材下端送入等离子弧，在惰性气体保护下，通过等离子弧对棒材进行持续加热熔炼，等离子旋转电极雾化装置的电机转速为40000r/min，等离子旋转电极雾化装置的电机高速旋转产生的离心力将熔化的金属液甩出形成小的液滴，液滴在惰性气体中高速冷却，凝固成为球形的形状记忆高熵合金粉末，经过冷却水***的冷却后，形状记忆高熵合金粉末通过输粉管道输送至粉末收集罐，得到形状记忆高熵合金粉末；
步骤4，通过气流分级或筛网分级的方式，将形状记忆高熵合金粉末的粒径按照15μm~53μm、50μm~150μm、150μm~250μm、大于250μm的范围进行划分和收集，通过分级处理获得粒径主要为15μm~53μm的形状记忆高熵合金粉末（≥60%），由此完成粉末床熔融用形状记忆高熵合金粉末的制备过程。
等离子旋转电极雾化方法制备的形状记忆高熵合金粉末形状呈球形或近球形，形状记忆高熵合金粉末之间基本无粘连且卫星颗粒极少。等离子旋转电极雾化方法冷却速率高，单个形状记忆高熵合金粉末颗粒表面洁净度高，成分均匀，球形度高。X射线衍射图谱得出形状记忆高熵合金粉末显示为BCC+FCC的双相微观组织，经气体含量检测，15μm~53μm的形状记忆高熵合金粉末氧含量为368ppm，氮含量为31ppm。
实施例二
参阅图1与图5所示，一种制备上述增材制造用形状记忆高熵合金粉末的方法，包括如下步骤：
步骤1，选用纯净度为99.98%的电解Ni颗粒，纯净度为99.95%的Ti颗粒，纯净度为99.9%的Cu颗粒，纯净度为99.95%的海绵Zr，纯净度为99.95%的晶条Hf为原料，增材制造用形状记忆高熵合金粉末按照原子百分比设定为Ni：20%、Ti：20%、Hf：20%、Zr：20%、Cu：20%；
步骤2，先对Ti、Cu、Zr、Hf、Ni进行酸洗，酸洗后Ti、Cu、Zr、Hf、Ni按照从底部至顶部的顺序依次装入真空悬浮炉，真空悬浮炉内抽真空至10-3量级，使用氩气洗气两次，在舱室填充氩气保护，熔炼和浇铸的全过程需在氩气保护环境中进行，将真空悬浮炉功率设置成为100KW，熔炼5min；继续升高真空悬浮炉功率至150KW，熔炼5min；再次升高真空悬浮炉功率至200KW，熔炼5min；在形成熔池后，降低真空悬浮炉功率至150KW，充分熔炼15min，熔炼总时长共计30min，真空悬浮炉冷却降温，获得毛坯形状记忆高熵合金，重复上述熔炼步骤十次，每次将毛坯形状记忆高熵合金取出后上下翻转，熔炼第十次时，待毛坯形状记忆高熵合金冷却至132℃时，将毛坯形状记忆高熵合金取出，再浇铸成棒材，并使用线切割去除棒材的冒口缩孔；
步骤3，将加工后的棒材安装在连续送料器，先使用机械泵将等离子旋转电极雾化装置的的雾化室气压抽至36Pa，然后开启分子泵将等离子旋转电极雾化装置的雾化室气压抽至1.0×10-2Pa以下，向雾化室内充入纯度为99.99%的氩气作为保护气，使雾化室气压达到0.06MPa，连续送料器以一定的速率下降，将棒材下端送入等离子弧，在惰性气体保护下，通过等离子弧对棒材进行持续加热熔炼，等离子旋转电极雾化装置的电机转速为30000r/min，等离子旋转电极雾化装置的电机高速旋转产生的离心力将熔化的金属液甩出形成小的液滴，液滴在惰性气体中高速冷却，凝固成为球形的形状记忆高熵合金粉末，经过冷却水***的冷却后，形状记忆高熵合金粉末通过输粉管道输送至粉末收集罐，得到形状记忆高熵合金粉末；
步骤4，通过气流分级或筛网分级的方式，将形状记忆高熵合金粉末的粒径按照15μm~53μm、50μm~150μm、150~250μm、大于250μm的范围进行划分和收集，通过分级处理获得粒径主要为50μm~150μm的形状记忆高熵合金粉末（≥60%），由此完成激光金属沉积用形状记忆高熵合金粉末的制备过程。
等离子旋转电极雾化方法制备的形状记忆高熵合金粉末形状呈球形或近球形，形状记忆高熵合金粉末之间基本无粘连且卫星颗粒极少。等离子旋转电极雾化方法冷却速率高，单个形状记忆高熵合金粉末颗粒表面洁净度高，成分均匀，球形度高。X射线衍射图谱得出形状记忆高熵合金粉末显示为BCC+FCC的双相微观组织，经气体含量检测，50μm~150μm的形状记忆高熵合金粉末氧含量为356ppm，氮含量为42ppm。
实施例三
参阅图1与图5所示，一种制备上述增材制造用形状记忆高熵合金粉末的方法，包括如下步骤：
步骤1，选用纯净度为99.98%的电解Ni颗粒，纯净度为99.95%的Ti颗粒，纯净度为99.9%的Cu颗粒，纯净度为99.95%的海绵Zr，纯净度为99.95%的晶条Hf为原料，增材制造用形状记忆高熵合金粉末按照原子百分比设定为Ni：12.5%、Ti：12.5%、Hf：25%、Zr：25%、Cu：25%；
步骤2，先对Ti、Cu、Zr、Hf、Ni进行酸洗，酸洗后Ti、Cu、Zr、Hf、Ni按照从底部至顶部的顺序依次装入真空悬浮炉，真空悬浮炉内抽真空至10-3量级，使用氩气洗气两次，在舱室填充氩气保护，熔炼和浇铸的全过程需在氩气保护环境中进行，将真空悬浮炉功率设置成为100KW，熔炼5min；继续升高真空悬浮炉功率至150KW，熔炼5min；再次升高真空悬浮炉功率至200KW，熔炼5min；在形成熔池后，降低真空悬浮炉功率至150KW，充分熔炼15min，熔炼总时长共计30min，真空悬浮炉冷却降温，获得毛坯形状记忆高熵合金，重复上述熔炼步骤十次，每次将毛坯形状记忆高熵合金取出后上下翻转，熔炼第十次时，待毛坯形状记忆高熵合金冷却至134℃时，将毛坯形状记忆高熵合金取出，再浇铸成棒材，并使用线切割去除棒材的冒口缩孔；
步骤3，将加工后的棒材安装在连续送料器，先使用机械泵将等离子旋转电极雾化装置的的雾化室气压抽至31Pa，然后开启分子泵将等离子旋转电极雾化装置的雾化室气压抽至1.0×10-2Pa以下，向雾化室内充入纯度为99.99%的氩气作为保护气，使雾化室气压达到0.06MPa，连续送料器以一定的速率下降，将棒材下端送入等离子弧，在惰性气体保护下，通过等离子弧对棒材进行持续加热熔炼，等离子旋转电极雾化装置的电机转速为30000r/min，等离子旋转电极雾化装置的电机高速旋转产生的离心力将熔化的金属液甩出形成小的液滴，液滴在惰性气体中高速冷却，凝固成为球形的形状记忆高熵合金粉末，经过冷却水***的冷却后，形状记忆高熵合金粉末通过输粉管道输送至粉末收集罐，得到形状记忆高熵合金粉末；
步骤4，通过气流分级或筛网分级的方式，将形状记忆高熵合金粉末的粒径按照15μm~53μm、50μm~150μm、150μm~250μm、大于250μm的范围进行划分和收集，通过分级处理获得粒径主要为50μm~150μm的形状记忆高熵合金粉末（≥60%），由此完成激光金属沉积用形状记忆高熵合金粉末的制备过程。
等离子旋转电极雾化方法制备的形状记忆高熵合金粉末形状呈球形或近球形，形状记忆高熵合金粉末之间基本无粘连且卫星颗粒极少。等离子旋转电极雾化方法冷却速率高，单个形状记忆高熵合金粉末颗粒表面洁净度高，成分均匀，球形度高。X射线衍射图谱得出形状记忆高熵合金粉末显示为BCC+FCC的双相微观组织，经气体含量检测，50μm~150μm的形状记忆高熵合金粉末氧含量为322ppm，氮含量为31ppm。
Claims (4)
1.一种增材制造用形状记忆高熵合金粉末，其特征在于：所述增材制造用形状记忆高熵合金粉末按照原子百分比包括Ni：5%~25%、Ti：5%~25%、Hf：5%~25%、Zr：5%~25%、Cu：5%~25%；
所述的增材制造用形状记忆高熵合金粉末的制备方法包括如下步骤：
步骤1，按照原子百分比确定Ni、Ti、Hf、Zr、Cu的添加量；
步骤2，将Ti、Cu、Zr、Hf、Ni按照从底部至顶部的顺序依次装入真空悬浮炉，对真空悬浮炉内的原料进行真空悬浮熔炼，熔炼多次，使其充分扩散，形成均匀固溶体，浇铸棒材，待棒材冷却后，使用线切割去除棒材的冒口缩孔；
步骤3，将加工后的棒材安装在连续送料器，连续送料器以一定的速率下降，将棒材下端送入等离子弧，在惰性气体保护下，通过等离子弧对棒材进行持续加热熔炼，等离子旋转电极雾化装置的电机高速旋转产生的离心力将熔化的金属液甩出形成小的液滴，液滴在惰性气体中高速冷却，凝固成为球形的形状记忆高熵合金粉末，经过冷却水***的冷却后，形状记忆高熵合金粉末通过输粉管道输送至粉末收集罐，得到形状记忆高熵合金粉末；
其中，所述步骤2中的熔炼步骤具体为：先对Ti、Cu、Zr、Hf、Ni进行酸洗，酸洗后再装入真空悬浮炉，真空悬浮炉内抽真空至10-3量级，使用氩气洗气两次，在舱室填充氩气保护，熔炼和浇铸的全过程在氩气保护环境中进行，将真空悬浮炉功率设置成为100KW，熔炼5min；继续升高真空悬浮炉功率至150KW，熔炼5min；再次升高真空悬浮炉功率至200KW，熔炼5min；在形成熔池后，降低真空悬浮炉功率至150KW，充分熔炼15min，真空悬浮炉冷却降温，获得毛坯形状记忆高熵合金，重复上述熔炼步骤十次，每次将毛坯形状记忆高熵合金取出后上下翻转，熔炼第十次时，待毛坯形状记忆高熵合金冷却至100℃~150℃区间时，将毛坯形状记忆高熵合金取出，再浇铸成棒材。
2.如权利要求1所述的一种增材制造用形状记忆高熵合金粉末，其特征在于：所述增材制造用形状记忆高熵合金粉末按照原子百分比包括Ni：10~25%、Ti：10~25%、Hf：10~25%、Zr：10~25%、Cu：10~25%。
3.如权利要求1所述的一种增材制造用形状记忆高熵合金粉末，其特征在于：还包括步骤4，通过气流分级或筛网分级的方式，将形状记忆高熵合金粉末按照规定的不同粒径范围进行划分和收集。
4.如权利要求1所述的一种增材制造用形状记忆高熵合金粉末，其特征在于：所述步骤3中在将加工后的棒材安装在连续送料器后，先使用机械泵将等离子旋转电极雾化装置的雾化室气压抽至15Pa~50Pa，然后开启分子泵将等离子旋转电极雾化装置的雾化室气压抽至1.0×10-2Pa以下，向雾化室内充入纯度为99.99%的氩气作为保护气，使雾化室气压达到0.04MPa~0.08MPa。
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Citations (2)
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| WO2022104400A1 (en) * | 2020-11-13 | 2022-05-19 | Council Of Scientific And Industrial Research | Process for producing spherical powders of novel multicomponent based shape memory alloys and alloys made by the process |
Non-Patent Citations (2)
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|---|
| Nanoprecipitates enhanced the yield strength and output work of (TiHfZr)50(NiCu)50 high-entropy shape memory alloys;Guangwei Zhao et al.;Journal of Alloys and Compounds;第1-14页 * |
| 周尧和等.《凝固技术》.机械工业出版社,1998,第257-259页. * |
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