CN116024479B - 一种高强韧AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金及制备方法 - Google Patents
一种高强韧AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金及制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及金属材料激光增材制造技术领域,尤其涉及一种高强韧AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金及基于粉末床激光熔化技术制备该过共晶高熵合金的方法。本发明开发了一种少铝的新型过共晶高熵合金;该少铝的新型过共晶高熵合金不但能稳定的获得具有优异力学性能的胞状结构,同时还能为其他同系列合金在少Al条件下提供成分调整方案的依据。本发明所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x:1:1:1:y组成,其中0.5≤x≤1.1,2.3≤y≤3;且Ni与Al的摩尔比大于2.3。本发明组分设计合理,通过组分的优化极大的拓宽了优质产品获得的打印参数范围。为高强韧AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金产业化应用提供了必要条件。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料激光增材制造技术领域,尤其涉及一种高强韧AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金及基于粉末床激光熔化技术制备该过共晶高熵合金的方法。
背景技术
高熵合金(HEAs)是由五种或五种以上等原子比或接近等原子比的金属元素形成的合金。过往的概念中,若合金中加的金属种类越多,会使其材质脆化,但高熵合金和以往的合金不同,有多种金属却不会脆化,甚至可能具有许多理想的性质。高熵合金在2004年以前就已问世,但在2010年代才有许多相关的研究。研究发现有些高熵合金的比强度比传统合金好很多,而且抗断裂能力、抗拉强度、抗腐蚀及抗氧化特性都比传统的合金要好。
共晶合金是指处于共晶点成分,凝固组织全部由共晶体组成的合金。组成共晶相图的两组元,在液态可以无限互溶,在固态只能部分互溶,甚至完全不溶。对于共晶合金来说,有固定的熔点。其具有密度小、比强度高,同时兼有良好的铸造性能、耐蚀性、可焊性等优点,广泛应用于航空、汽车、仪表及机械等工业。过去的几十年里,人们对共晶合金做了大量的研究与开发,并取得了较大的成就。
AlCoCrFeNi2.1具有极佳的强度塑性性能组合,但是其Al元素与Co、Cr、Fe和Ni四种组元的熔点相差较多,在通过铸造的方式制备该合金,难以避免元素的挥发和偏析导致的批次性能稳定性差或实际成分偏离共晶成分点等问题。许多学者开始使用增材制造技术成型这一类合金,增材制造技术原材料为气雾化预合金粉,能有效地避免合金成分偏析,极快的冷却速度能进一步提升其作为结构材料服役的屈服强度,高精度复杂结构成型能极大的拓展其应用。但是增材制造成型依据存在Al元素再打印过程中,在高能激光的作用下会轻微烧损的问题,这类合金在快速凝固作用下不会引申出伪共晶区,反而会因Al元素的波动使其出现不同的显微组织结构,依旧具有批次性能不稳定的风险。这类问题在粉末重复利用过程中会愈加明显。同时,经检索发现,采用3D打印制备高强韧AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的技术,还未有报道。
发明内容
本发明首次设计了一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金,并开发出了基于粉末床激光熔化技术如何制备高强韧AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的方法。本发明所开发的AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金,在成分确定后可以在一个比较宽泛的条件下制备出平均延伸率大于20%的产物。
本发明开发了一种少铝的新型过共晶高熵合金;该少铝的新型过共晶高熵合金不但能稳定的获得具有优异力学性能的胞状结构,同时还能为其他同系列合金在少Al条件下提供成分调整方案的依据。
本发明一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金,所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x:1:1:1:y组成,其中0.5≤x≤1.1,2.3≤y≤3。且Ni与Al的摩尔比大于2.3。
作为优选方案,本发明一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金,所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x:1:1:1:y组成,其中0.65≤x≤1.1,2.3≤y≤2.6。
作为进一步的优选方案;本发明一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金,所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x:1:1:1:y组成,其中0.65≤x≤1.0,2.3≤y≤2.6。
作为更进一步的优选,本发明一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金,所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x:1:1:1:y组成,其中0.65≤x≤1.0,2.3≤y≤2.55。
本发明一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的制备方法,包括下述步骤:
以干燥的AlxCoCrFeNiy预合金粉末为原料,将粉末加入至粉末床激光熔化设备的送粉缸内;启动粉末床激光熔化制造设备并设置扫描路径和工艺参数,在保护气氛下,按照设定的扫描路径和工艺参数,在基板上将AlxCoCrFeNiy预合金粉末逐层熔化成型,制备出块体AlxCoCrFeNiy高熵合金;其中0.5≤x≤1.1,2.3≤y≤3;且Ni与Al的摩尔比大于2.3;
所述扫描路径为:棋盘扫秒和条带扫描策略交替进行,层与层之间旋转67°;
所述粉末床激光熔化成形的激光工艺参数范围为:
填充激光功率为250~350W,
扫描速率为600~1000mm/s,
铺粉层厚40~60μm,
扫描间距为70~80μm。
轮廓扫描速度为900~1100mm/s,
轮廓激光功率为100~150W。
条带的工艺参数为:
条带宽度3~30mm,
条带间搭接量0~50μm。
棋盘的参数为:
棋盘开始高度0.1~0.3mm,
棋盘X、Y方向宽度3~30mm,
棋盘间搭接量0~50μm,
棋盘重叠线数2~4,
棋盘边界X、Y方向偏移量0.3~0.5mm,
棋盘边界搭接量0~0.4mm。
本发明一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的制备方法,所述干燥的AlxCoCrFeNiy预合金粉末通过下述步骤制备:
按照设计的AlxCoCrFeNiy过共晶高熵合金配比称取原料Al、Co、Cr、Fe和Ni,各原料纯度≥99.9%;将各单质原料混合并进行预合金化处理;然后制粉,得到AlxCoCrFeNiy预合金粉末;再将所得预合金粉末放入干燥箱中,在真空环境下加热至120~150℃进行干燥处理3~5小时,得到所述干燥的AlxCoCrFeNiy预合金粉末。
本发明的混粉和预合金化处理均为现有技术。
本发明一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的制备方法,AlxCoCrFeNiy预合金粉是使用真空感应熔炼炉,采用环缝喷盘,通过真空气雾化方式制备的球形粉末。
所述AlxCoCrFeNiy由Al、Co、Cr、Fe、Ni按元素摩尔比分别为x:1:1:1:y组成,其中0.65≤x≤1.1,2.3≤y≤2.6。
本发明一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的制备方法,AlxCoCrFeNiy预合金粉是使用真空感应熔炼炉,采用环缝喷盘,通过真空气雾化方式制备的球形粉末。
作为优选,本发明一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的制备方法,AlxCoCrFeNiy预合金粉末粒径为13~53μm。
本发明一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的制备方法,所述基板优选为304不锈钢基板。当然其他基板也能用于本发明。
在工业上应用时,选用304不锈钢材质的成型基板,并对成型基板表面进行表面清洁、喷砂处理和酒精清洁,安装在成型平台上并调平;启动粉末床激光熔化制造设备并设置扫描路径和工艺参数,在惰性气体的保护下,按照设定的扫描路径和工艺参数,在304不锈钢成形基板上将AlxCoCrFeNiy预合金粉末逐层熔化成型,制备出块体AlxCoCrFeNiy高熵合金。
作为优选,本发明一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金的制备方法,打印前将基板预热至100~150℃。
作为优选,粉末床激光熔化成形的保护气氛选自氩气、氮气、氦气中的至少一种,优选为氩气。
作为优选,保护气氛中氧含量<400ppm,更优选<300ppm。
为了得到高的延伸率和适当的力学性能;以Al0.7CoCrFeNi2.4为过共晶高熵合金预合金粉末为原料,控制:填充激光功率为250W、扫描度为800mm/s、单道间距为0.07mm、铺粉层厚度为0.05mm,轮廓扫描速度为1000mm/s,轮廓激光功率为120W;
控制条带扫描的工艺参数为:条带宽度3mm,条带间搭接量50μm。
控制棋盘扫描的工艺参数为:棋盘开始高度0.1mm,棋盘X、Y方向宽度3mm,
棋盘间搭接量50μm,棋盘重叠线数2,棋盘边界X、Y方向偏移量0.5mm,
棋盘边界搭接量0mm;
即可获得延伸率为26.2±0.9%的打印产品。
以Al0.7CoCrFeNi2.4为过共晶高熵合金预合金粉末,采用本发明限定的打印参数范围,在打印参数范围内,产品延伸率的波动区间小于等于8.8%。
为了得到高的延伸率和适当的力学性能;以Al0.88CoCrFeNi2.4为过共晶高熵合金预合金粉末为原料,控制:填充激光功率为250W,扫描速率为1000mm/s,铺粉层厚50μm,扫描间距为70μm,
条带扫描时,控制工艺参数为:条带宽度3mm,条带间搭接量50μm;
棋盘扫描时,控制工艺参数为:
棋盘开始高度0.1mm、棋盘X、Y方向宽度3mm、棋盘间搭接量50μm,棋盘重叠线数2、棋盘边界X、Y方向偏移量0.5mm,棋盘边界搭接量0mm;即可获得平均延伸率为29%的打印产品。
本发提供一种基于粉末床激光熔化成形技术(LPBF)制备高强韧过共晶高熵合金的方法,本发明成分区间宽,有效的解决了共晶高熵合金成分点单一的制备问题。打印加工窗口宽,在较宽的打印参数下均能获得力学性能优异的打印样品。
本发明提供的上述技术方案是根据激光选区熔化沉积方法制定,可制备得到AlxCoCrFeNiy过共晶高熵合金。提出这种AlxCoCrFeNiy过共晶高熵合金及其制备方法,其目的在于通过调控Al、Ni元素的含量进而调控过共晶高熵合金的打印成形性能和显微组织结构,通过优化粉末床激光熔化成形工艺参数,提高成形工件致密性,降低工件打印过程中的残余应力,制备出高质量无裂纹高熵合金块体。
本发明公开了粉末床激光熔化增材制造工艺参数范围,包括:激光功率、扫描速度、铺粉层厚度、扫描间距。该方法利用LPBF的高冷却速度实现了高致密,显微组织为细小胞状双相结构的高熵合金,利用胞状异质结构获得一种高强韧AlxCoCrFeNiy过共晶高熵合金。
本发明所得高强韧AlxCoCrFeNiy过共晶高熵合金的致密度>99%,屈服强度≥750MPa,拉伸强度≥1100MPa,断后平均伸长率≥20%。
附图说明
图1是实施例1制备的Al0.7CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金粉末SEM及粒径分布,其中(a)为SEM扫描图、(b)粒径分布图,粉末球形度高
图2是打印策略示意图,采用条带扫和棋盘扫交替进行,层间旋转角度67°。
图3是实施例1~5制备的Al0.7CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金打印样品,能明显看出其表面无宏观缺陷。
图4是实施例1制备的Al0.7CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金打印样品扫描方向X射线衍射检测结果图。
图5是实施例1制备的Al0.7CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金样品扫描方向未腐蚀样品扫描电镜检测结果图。
图6为实施例1-5力学性能曲线
具体实施方式
下面结合实施例和附图说明对本发明做进一步说明,此处所描述的具体实施例包括但不仅限于以下实施例。
预合金粉末的制备及处理
将Al、Co、Cr、Fe、Ni 5种元素按照一定的配比进行混合并合金化处理,(其中Al、Co、Cr、Fe、Ni的纯度≥99.9%),然后将合金化的样品通过真空气雾化工艺制备得到AlxCoCrFeNiy,五种元素(Al、Co、Cr、Fe、Ni)摩尔比为x:1:1:1:y,其中0.5≤x≤1.0,2.3≤y≤3.0。真空气雾化雾化气体为氮气、氦气、氩气中的一种或两种相互混合,采用自由式气雾化喷盘制备。
实施例1
本实施例提供了一种AlxCoCrFeNiy共晶高熵合金的激光选区增材制造制备方法,
以Al0.7CoCrFeNi2.4为过共晶高熵合金预合金粉末为原料(原料为典型的球状结构,粒径大小15~53μm之间)如图1所示。
粉末放入干燥箱中,在真空环境下加热至150℃进行干燥处理4个小时,随箱冷却并将粉末加入粉末床激光熔化设备送粉缸内。成形基板为304不锈钢,预先用喷砂机在成形基板上表面进行喷砂处理,并用无水乙醇擦净,除去表面杂污,吹干,最后将基板安装在成型平台上,提升基板温度到100℃后调平,
粉末床激光熔化制备Al0.7CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金扫描路径如图2所示,设置激光功率、扫描速度、铺粉层厚度、单道间距等工艺参数。在高纯氩气的保护下,在封闭的腔室内进行Al0.7CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金粉末的成形实验。
以干燥的AlxCoCrFeNiy预合金粉末为原料,将粉末加入至粉末床激光熔化设备的送粉缸内;启动粉末床激光熔化制造设备并设置扫描路径和工艺参数,在氩气保护气氛下(保护气氛中氧含量<300ppm),按照设定的扫描路径和工艺参数,在基板上将Al0.7CoCrFeNi2.4预合金粉末逐层熔化成型,制备出块体Al0.7CoCrFeNi2.4高熵合金;
粉末床激光熔化制备Al0.7CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金时,
采用的扫描路径为:棋盘扫描和条带扫描策略交替进行,层与层之间旋转67°;
采用粉末床激光熔化成形的激光工艺参数范围为:
填充激光功率为250W、
扫描度为600mm/s、
单道间距为0.07mm、
铺粉层厚度为0.05mm,
轮廓扫描速度为1000mm/s,
轮廓激光功率为120W;
条带扫描的工艺参数为:
条带宽度3mm,
条带间搭接量50μm。
棋盘扫描的工艺参数为:
棋盘开始高度0.1mm,
棋盘X、Y方向宽度3mm,
棋盘间搭接量50μm,
棋盘重叠线数2,
棋盘边界X、Y方向偏移量0.5mm,
棋盘边界搭接量0mm。
粉末床激光熔化增材制造成型样品性能测试X射线衍射分析可知,粉末床激光熔化增材制造方法所制备的Al0.7CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金由FCC和BCC相组成,以FCC相为主,如图4所示。
从背散射电子显微镜图像可知,粉末床激光熔化沉积所制备的Al0.7CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金微观组织为细小均匀的胞状异质结构,如图5所示。通过图5能观察到明显的胞状异质结构,延展性好的FCC相占据核心,硬度高的BCC相作为胞壁。
从图6中的拉伸应力应变曲线可知,粉末床激光熔化增材制造方法所制备的Al0.7CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金机械力学性能均优于AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金,这是因为激光选区增材制造冷却速度高,过共晶成分使其优先析出大量FCC相,BCC相在FCC相间析出形成胞状异质结构。微观组织细小,所制备的样品致密度高,这提高了合金的综合拉伸力学性能。以FCC为主相的过共晶成分熔融体流动性优异,易破碎成粉,出粉率较共晶成分更高,既保留了FCC相的优异塑性,又通过少量析出的BCC相提升强度,快速凝固形成的胞状异质结构大大提升了打印态样品的屈服强度,改善了其屈服强度低而无法作为结构材料应用的问题。
实施例2
设定激光选区熔化成形的工艺参数为:填充激光功率为250W,扫描速率为800mm/s(非轮廓扫描速度;在本实施例中,轮廓扫描速度和实施例1一致仍为1000mm/s),除了上述不同外,其他条件与实施例1相同。
实施例3
设定激光选区熔化成形的工艺参数为:填充激光功率为250W,扫描速率为1000mm/s,(非轮廓扫描速度;在本实施例中,轮廓扫描速度和实施例1一致仍为1000mm/s),除了上述不同外,其他条件与实施例1相同。
实施例4
设定激光选区熔化成形的工艺参数为:填充激光功率为350W,扫描速率为800mm/s(非轮廓扫描速度;在本实施例中,轮廓扫描速度和实施例1一致仍为1000mm/s),除了上述不同外,其他条件与实施例1相同。
实施例5
设定激光选区熔化成形的工艺参数为:填充激光功率为350W,扫描速率为1000mm/s(非轮廓扫描速度;在本实施例中,轮廓扫描速度和实施例1一致仍为1000mm/s),除了上述不同外,其他条件与实施例1相同。
其他条件与实施例1相同。
实施例1~5制备的AlxCoCrFeNiy过共晶高熵合金的力学性能如表1所示,表2是气雾化制备AlCoCrFeNi2.1和Al0.7CoCrFeNi2.4各粒径粉末重量,Al0.7CoCrFeNi2.4雾化粉270目~500目粉末明显较高。
表1实施例1~5制备的Al0.7CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金的力学性能
表2气雾化制备AlCoCrFeNi2.1和Al0.7CoCrFeNi2.4各粒径粉末重量
雾化成分 | 配料总重 | +270目 | -270目~+500目 | -500目 | 炉粉 |
AlCoCrFeNi2.1 | 70kg | 39.2kg | 16.3kg | 5kg | 9.5kg |
Al0.7CoCrFeNi2.4 | 70kg | 35.6kg | 19.4kg | 6kg | 9kg |
与粉末床激光熔化成形的共晶组分AlCoCrFeNi2.1相比较,(苏海军,郭一诺,张军,郭敏,刘林,傅恒志.一种基于激光选区熔化技术制备高强韧共晶高熵合金的方法[P].陕西省:CN112935252B,2022-11-11.)。本专利发明的过共晶成分在激光功率250W~350W及扫描速度800~1000mm/s工艺参数范围内均能稳定的获得20%以上的断后伸长率,具有极宽的打印窗口。相较于共晶组分AlCoCrFeNi2.1,过共晶成分能在更宽的加工窗口区间均能稳定的获得胞状结构,断后伸长率明显优于粉末床激光熔化成形的共晶组分AlCoCrFeNi2.1。
实施例6
粉末床激光熔化制备Al0.88CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金;
以Al0.88CoCrFeNi2.4为过共晶高熵合金预合金粉末为原料(原料为典型的球状结构,粒径大小15~53μm之间)。
粉末放入干燥箱中,在真空环境下加热至135℃进行干燥处理4个小时,随箱冷却并将粉末加入粉末床激光熔化设备送粉缸内。成形基板为304不锈钢,预先用喷砂机在成形基板上表面进行喷砂处理,并用无水乙醇擦净,除去表面杂污,吹干,最后将基板安装在成型平台上,提升基板温度到100℃后调平,
粉末床激光熔化制备Al0.88CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金扫描路径如图2所示,设置激光功率、扫描速度、铺粉层厚度、单道间距等工艺参数。在高纯氩气的保护下,在封闭的腔室内进行Al0.88CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金粉末的成形实验。
以干燥的AlxCoCrFeNiy预合金粉末为原料,将粉末加入至粉末床激光熔化设备的送粉缸内;启动粉末床激光熔化制造设备并设置扫描路径和工艺参数,在氩气保护气氛下(保护气氛中氧含量<300ppm),按照设定的扫描路径和工艺参数,在基板上将Al0.88CoCrFeNi2.4预合金粉末逐层熔化成型,制备出块体Al0.88CoCrFeNi2.4高熵合金;
粉末床激光熔化制备Al0.88CoCrFeNi2.4过共晶高熵合金时,
采用的扫描路径为:棋盘扫秒和条带扫描策略交替进行,层与层之间旋转67°;
采用粉末床激光熔化成形的激光工艺参数范围为:
填充激光功率为350W、扫描度为800mm/s、单道间距为0.07mm、铺粉层厚度为0.05mm、轮廓扫描速度为1000mm/s,轮廓激光功率为120W。
条带扫描时,控制工艺参数为:
条带宽度3mm,条带间搭接量50μm;
棋盘扫描时,控制工艺参数为:
棋盘开始高度0.1mm、棋盘X、Y方向宽度3mm、棋盘间搭接量50μm,棋盘重叠线数2、棋盘边界X、Y方向偏移量0.5mm,棋盘边界搭接量0mm。
所述激光选区熔化成形优选在保护气氛中进行,所述保护气氛优选为氩气,优选为纯度≥99.99%的高纯氩气;所述保护气氛中氧含量<300ppm。
实施例7
设定激光选区熔化成形的工艺参数为:填充激光功率为250W,扫描速率为600mm/s,铺粉层厚50μm,扫描间距为70μm,其他条件与实施例6相同。
实施例8
设定激光选区熔化成形的工艺参数为:填充激光功率为250W,扫描速率为800mm/s,铺粉层厚50μm,单道扫描间距为70μm,其他条件与实施例6相同。
实施例9
设定激光选区熔化成形的工艺参数为:填充激光功率为250W,扫描速率为1000mm/s,铺粉层厚50μm,扫描间距为70μm,其他条件与实施例6相同。
实施例10
成分为Al0.95CoCrFeNi2.5,设定激光选区熔化成形的工艺参数为:填充激光功率为350W,扫描速率为800mm/s,铺粉层厚50μm,扫描间距为70μm,其他条件与实施例6相同。
表3实施例6~10制备的AlxCoCrFeNiy过共晶高熵合金的力学性能
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金,其特征在于:所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x:1:1:1:y组成,其中0.65≤x≤1.1,2.3≤y≤3;且Ni与Al的摩尔比大于2.3;
所述过共晶高熵合金通过下述步骤制备:
以干燥的AlxCoCrFeNiy预合金粉末为原料,将粉末加入至粉末床激光熔化设备的送粉缸内;启动粉末床激光熔化设备并设置扫描路径和工艺参数,在保护气氛下,按照设定的扫描路径和工艺参数,在基板上将AlxCoCrFeNiy预合金粉末逐层熔化成型,制备出块体AlxCoCrFeNiy高熵合金;
所述扫描路径为:棋盘扫描和条带扫描策略交替进行,层与层之间旋转67°;
粉末床激光熔化成形的激光工艺参数范围为:
填充激光功率为250~350W,
扫描速率为600~1000mm/s,
铺粉层厚40~60μm,
扫描间距为70~80μm,
轮廓扫描速度为900~1100mm/s,
轮廓激光功率为100~150W;
条带的工艺参数为:
条带宽度3~30mm,
条带间搭接量0~50μm;
棋盘的参数为:
棋盘开始高度0.1~0.3mm,
棋盘X、Y方向宽度3~30mm,
棋盘间搭接量0~50μm,
棋盘重叠线数2~4,
棋盘边界X、Y方向偏移量0.3~0.5mm,
棋盘边界搭接量0~0.4mm。
2.根据权利要求1所述的一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金,其特征在于:所述过共晶高熵合金由Al、Co、Cr、Fe、Ni按摩尔比分别为x:1:1:1:y组成,其中0.65≤x≤1.0,2.3≤y≤2.6。
3.根据权利要求1所述的一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金,其特征在于:所述干燥的AlxCoCrFeNiy预合金粉末通过下述步骤制备:
按照设计的AlxCoCrFeNiy过共晶高熵合金配比称取原料Al、Co、Cr、Fe和Ni,各原料纯度≥99.9%;将各单质原料混合并进行预合金化处理;然后制粉,得到AlxCoCrFeNiy预合金粉末;再将所得预合金粉末放入干燥箱中,在真空环境下加热至120~150℃进行干燥处理3~5小时,得到所述干燥的AlxCoCrFeNiy预合金粉末。
4.根据权利要求3所述的一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金,其特征在于:AlxCoCrFeNiy预合金粉是使用真空感应熔炼炉,采用环缝喷盘,通过真空气雾化方式制备的球形粉末;
所得AlxCoCrFeNiy预合金粉末粒径为13~53μm。
5.根据权利要求1所述的一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金,其特征在于:
打印前将基板预热至100~150℃;
粉末床激光熔化成形的保护气氛选自氩气、氮气、氦气中的至少一种;
保护气氛中氧含量<400ppm。
6.根据权利要求1所述的一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金,其特征在于:以Al0.88CoCrFeNi2.4为过共晶高熵合金预合金粉末,其产品平均延伸率的波动区间小于等于4.5%;且产品的延伸率大于等于25%。
7.根据权利要求1所述的一种AlCoCrFeNi系过共晶高熵合金,其特征在于:
以Al0.7CoCrFeNi2.4为过共晶高熵合金预合金粉末为原料,控制:填充激光功率为250W、扫描度为800mm/s、扫描间距为0.07mm、铺粉层厚度为0.05mm,轮廓扫描速度为1000mm/s,轮廓激光功率为120W;
控制条带扫描的工艺参数为:条带宽度3mm,条带间搭接量50μm,
控制棋盘扫描的工艺参数为:棋盘开始高度0.1mm,棋盘X、Y方向宽度3mm,
棋盘间搭接量50μm,棋盘重叠线数2,棋盘边界X、Y方向偏移量0.5mm,
棋盘边界搭接量0mm;
即可获得延伸率为26.2±0.9%的打印产品;
以Al0.88CoCrFeNi2.4为过共晶高熵合金预合金粉末为原料,控制:填充激光功率为250W,扫描速率为1000mm/s,铺粉层厚50μm,扫描间距为70μm,
条带扫描时,控制工艺参数为:条带宽度3mm,条带间搭接量50μm;
棋盘扫描时,控制工艺参数为:
棋盘开始高度0.1mm,棋盘X、Y方向宽度3mm,棋盘间搭接量50μm,棋盘重叠线数2,棋盘边界X、Y方向偏移量0.5mm,棋盘边界搭接量0mm;即可获得平均延伸率为29%的打印产品。
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