CN107900335A - 一种高熵合金的激光3d打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高熵合金的激光3D打印方法,将粒径为20～150μm的高熵合金粉末，在激光功率200～2000W，扫描速度500～1200mm/min，激光光斑直径0.5～4mm，搭接率为15～50％，打印层厚0.5～2mm，打印环境氧浓度低于50ppm，基板预热温度0～300℃的激光3D打印的工艺参数条件下，利用激光3D打印方法逐层成型高熵合金构件；然后，将得到的高熵合金构件在惰性气体保护和温度300～1000℃下退火，时间2～12h，然后随炉冷却，完成高熵合金构件的制造。本发明通过使用激光3D打印方法成型高熵合金构件，克服了铸造法成型高熵合金构件效率低、尺寸较小和形状简单的缺点，可高效、低成本地成型出具有复杂形状的高熵合金构件。
Description
技术领域
本发明涉及高熵合金成形技术领域，更具体地，涉及一种高熵合金的激光3D打印方法。
背景技术
高熵合金是最近新兴的合金材料，它打破了传统合金中主要组成元素为一种或两种的合金设计理念。高熵合金是由至少五种以上的主要元素构成，而且每种元素原子百分比不超过35％。合金主元增多产生的高熵效应，使晶体易于形成简单体心或简单面心立方结构，并可能伴有晶间化合物以及纳米晶，从而达到固溶强化、沉淀强化和弥散强化效果。通过合金成分优化设计可以使高熵合金在性能上比传统合金具有更大的优势，例如高硬度、高强度、耐高温氧化、耐腐蚀等。
现有铸造法成型高熵合金构件效率低、尺寸较小以及形状简单。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种高熵合金的激光3D打印方法，可可高效、低成本地成型出具有复杂形状的高熵合金构件。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高熵合金的激光3D打印方法，其特征在于，将粒径为20～150μm的高熵合金粉末，在激光功率200～2000W，扫描速度500～1200mm/min，激光光斑直径0.5～4mm，搭接率为15～50％，打印层厚0.5～2mm，打印环境氧浓度低于50ppm，基板预热温度0～300℃的激光3D打印的工艺参数条件下，利用激光3D打印方法逐层成型高熵合金构件；然后，将得到的高熵合金构件在惰性气体保护和温度300～1000℃下退火，时间2～12h，然后随炉冷却，完成高熵合金构件的制造。
进一步地，所述高熵合金由Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Al、和Ti组成，其中各元素的质量百分比为：Cr：18～20％，Mn：19～21％，Fe：19～21％，Co：20～22％，Ni：20～22％，Al：0～2％，Ti：0～2％。其激光3D打印的工艺参数为：激光功率1000W，扫描速度600mm/min，激光光斑直径4mm，搭接率为30％，打印层厚1mm，打印环境氧浓度低于50ppm，基板预热温度25℃。其退火条件为：退火温度为600℃，时间2h。
从上述技术方案可以看出，本发明通过使用激光3D打印方法成型高熵合金构件，克服了铸造法成型高熵合金构件效率低、尺寸较小和形状简单的缺点，可高效、低成本地成型出具有复杂形状的高熵合金构件。
附图说明
图1是本发明所使用的激光3D打印装置的结构示意图；
图2是本发明的具体实施例中制造的高熵合金构件的宏观形貌图；
图3是图2所示的高熵合金构件的室温拉伸力学曲线图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
激光3D打印技术，又称激光增材制造技术，是以高性能金属粉末为原料，通过激光熔化、快速凝固、逐层堆积，由零件“三维实体”模型进行层层堆积后直接“打印”出全致密、高性能的微型、精密、复杂金属结构件。与传统的切削等机械加工技术相比，激光3D打印技术具有选材范围广、材料利用率高、低成本、精度高、周期短等诸多优势，被国内外公认为是对高性能金属关键构件的研制与生产具有决定性影响的核心关键制造技术之一。它实现了材料制备与复杂零件“近净成形”制造一体化，无需零件毛坯制备，无需模具加工，直接从计算机生成的零件CAD实体模型“生长”出净形金属零件产品。因此，采用激光3D打印技术可高效、低成本地成型出具有复杂形状的高熵合金构件。
图1是本发明所使用的激光3D打印装置的结构示意图。图中：1、真空手套箱，2、激光熔覆头，3、激光束，4、高熵合金粉末，5、高熵合金构件，6、基板，7、导热硅胶，8、导热铜板，9、加热液体导管，10、工作台，11、激光器，12、光纤，13、送粉器，14、送粉桶，15、送粉管。
本实施例中，高熵合金粉末成分由Cr、Mn、Fe、Co、Ni组成，其中各元素的质量百分比为：Cr：18％，Mn：20％，Fe：20％，Co：21％，Ni：21％。
将上述成分的粒径为20～150μm的高熵合金粉末，放置到激光3D打印装置的送粉器13的送粉桶14内。
基板6的厚度为20mm，材质为45号钢。
导热铜板8内部接通温度为室温的循环流动水，将温度传递给导热硅胶7，从而预热基板6。
利用计算机构建三维实体模型，设置沿Z向生成每层厚度为1mm的层状模型以及各层扫描路径程序。
激光3D打印的工艺参数：激光功率1000W，扫描速度600mm/min，激光光斑直径4mm，搭接率30％，打印环境氧浓度低于50ppm。
启动打印程序，激光束按照预置的扫描路径完成第一层截面图形打印，激光打印头上升1mm，开始第二层截面图形打印，上述过程循环进行，最终得到高熵合金构件5。
将得到的高熵合金构件5移到加热炉中，炉内有N2气体保护，温度600℃，退火处理时间2h，随炉冷却至室温，最终完成高熵合金构件5的制备。
图2是得到的高熵合金构件的宏观形貌图。由此图可见，高熵合金构件5没有明显的裂纹等缺陷。
该高熵合金构件5的室温拉伸力学曲线如图3所示，可见，高熵合金构件5力学性能适配，具有较高的强度，同时兼具较好的拉伸塑性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高熵合金的激光3D打印方法，其特征在于，将粒径为20～150μm的高熵合金粉末，在激光功率200～2000W，扫描速度500～1200mm/min，激光光斑直径0.5～4mm，搭接率为15～50％，打印层厚0.5～2mm，打印环境氧浓度低于50ppm，基板预热温度0～300℃的激光3D打印的工艺参数条件下，利用激光3D打印方法逐层成型高熵合金构件；然后，将得到的高熵合金构件在惰性气体保护和温度300～1000℃下退火，时间2～12h，然后随炉冷却，完成高熵合金构件的制造。
2.根据权利要求1所述的一种高熵合金的激光3D打印方法，其特征在于，所述高熵合金由Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Al、和Ti组成，其中各元素的质量百分比为：Cr：18～20％，Mn：19～21％，Fe：19～21％，Co：20～22％，Ni：20～22％，Al：0～2％，Ti：0～2％。
3.根据权利要求2所述的一种高熵合金的激光3D打印方法，其特征在于，所述激光3D打印的工艺参数为：激光功率1000W，扫描速度600mm/min，激光光斑直径4mm，搭接率为30％，打印层厚1mm，打印环境氧浓度低于50ppm，基板预热温度25℃。
4.根据权利要求2所述的一种高熵合金的激光3D打印方法，其特征在于，所述退火条件为：退火温度为600℃，时间2h。
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