本發(fā)明屬于增材制造，具體涉及一種電子束三絲原位增材制造tizrnbhfta難熔高熵合金的方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、難熔高熵合金是一種新型的高溫結(jié)構(gòu)材料，它的室溫和高溫性能通常優(yōu)于傳統(tǒng)難熔金屬和合金。因此，難熔高熵合金在高溫、高強(qiáng)、耐腐蝕等領(lǐng)域都具有明顯的應(yīng)用潛力：如應(yīng)用于目前廣泛使用鎳基高溫合金的航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件、熱交換器配管以及化學(xué)加工工業(yè)中的高溫合金部件等。盡管難熔高熵合金具有一系列優(yōu)異的性能，但由于難熔高熵合金的組成元素熔點(diǎn)較高(普遍在1800℃以上)，且相互之間熔點(diǎn)差距很大等特點(diǎn)，給難熔高熵合金的制備、組織性能調(diào)控和構(gòu)件成形等方面帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)，限制了該類合金的進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。

2、近十年，增材制造技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)由原型制造向直接制造的質(zhì)變，以其簡(jiǎn)單的制備流程和靈活的成形自由度優(yōu)勢(shì)，有效改善了傳統(tǒng)鑄-鍛-機(jī)加制備耗時(shí)長(zhǎng)、成本高和利用率低等問(wèn)題。以高能電子束為熱源、金屬絲為原材料的電子束熔絲沉積技術(shù)具有功率大、能量利用率高、真空加工環(huán)境和沉積效率高等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜金屬構(gòu)件的近凈快速制備成形。因此，如何電子束熔絲沉積技術(shù)實(shí)現(xiàn)難熔高熵合金的高質(zhì)量、高速度、大尺寸制備和成形一體化是本領(lǐng)域一直致力于解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決目前難熔高熵合金熔點(diǎn)高、難加工和成形的技術(shù)問(wèn)題，而提供了一種電子束三絲原位增材制造tizrnbhfta難熔高熵合金的方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明的目的之一在于提供一種電子束三絲原位增材制造tizrnbhfta難熔高熵合金的方法，所述方法按以下步驟進(jìn)行：

4、s1：對(duì)目標(biāo)構(gòu)件進(jìn)行三維建模，并進(jìn)行切片處理，同時(shí)對(duì)打印絲材和基板進(jìn)行前處理；

5、s2：以ti-45nb合金絲、702zr絲和純ta絲作為打印絲材，ti-45nb合金絲和702zr絲采用同一絲嘴共點(diǎn)式等速送絲，純ta絲采用單獨(dú)絲嘴送絲，兩個(gè)絲嘴對(duì)置，三絲與水平方向的夾角為45-60°，三絲最前端(自由端端部)與基板的垂直距離為0.6-3mm，三絲送絲速度為0.36-1.1m/min，三絲交點(diǎn)交于電子束中心軸線；

6、s3：設(shè)置電子束熔絲增材制造參數(shù)，電子束掃描模式為水滴形、月牙形或圓形，隨后按切片數(shù)據(jù)在真空條件下進(jìn)行3d打印。

7、進(jìn)一步限定，s1中：預(yù)處理包括打磨、拋光、清洗、烘干。

8、進(jìn)一步限定，s2中：采用同一絲嘴送絲的雙絲與水平方向的夾角相同。

9、進(jìn)一步限定，s2中：采用同一絲嘴送絲的雙絲最前端與基板的垂直距離相同。

10、進(jìn)一步限定，s3中：打印工藝參數(shù)為：聚焦電流if為1080-1130ma，束流ib為130-180ma，掃描頻率為200-400hz，打印路徑為循環(huán)往復(fù)的直線，打印速度vprint為500-700mm/min，層間冷卻時(shí)間為30-60s，真空度＜9.9×10-3pa。

11、進(jìn)一步限定，s3中：電子束掃描模式優(yōu)選為水滴形。

12、進(jìn)一步限定，s3中：水滴形高度為350-450μm，底部寬度為250-350μm，月牙形兩條弧線中點(diǎn)之間的直線距離為300-400μm，兩端點(diǎn)之間的直線距離為250-350μm，圓形直徑為200-400μm。

13、進(jìn)一步限定，s3中：打印前基板預(yù)熱，ib為60ma，打印速度vprint為600mm/min。

14、本發(fā)明的目的之二在于提供一種按上述方法制得的難熔高熵合金，所述合金在450℃下拉伸屈服強(qiáng)度≥640mpa，極限抗拉強(qiáng)度≥730mpa，延伸率≥20％。

15、本發(fā)明的目的之三在于提供一種按上述方法制得的難熔高熵合金作為耐高溫合金部件應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、熱交換器以及化學(xué)加工領(lǐng)域。

16、本發(fā)明的目的之四在于提供一種上述方法在制備其他高熔點(diǎn)且熔點(diǎn)差距大的合金中的應(yīng)用。

17、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)：

18、(1)本發(fā)明采用電子束三絲原位增材方式，通過(guò)設(shè)置三絲相對(duì)位置關(guān)系、三絲與基板的角度和距離以及通過(guò)控制三絲送絲速度，從而靈活調(diào)控合金成分，實(shí)現(xiàn)難熔高熵合金的一體化成形。

19、(2)本發(fā)明制備的非等原子比難熔tizrnbhfta高熵合金成分均勻，未觀察到未熔透情況，具有樹(shù)枝晶組織，且垂直于沉積方向的晶粒取向隨機(jī)，具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能，在450℃下拉伸屈服強(qiáng)度達(dá)到649mpa，極限抗拉強(qiáng)度為731mpa，同時(shí)延伸率為～22％。

20、(3)本發(fā)明在真空環(huán)境下，有利于這種高活性難熔高熵合金的制備，有效地提高了合金成形純度。

21、(4)因?yàn)殡y熔tizrnbhfta高熵合金具有高熔點(diǎn)，因此利用傳統(tǒng)制備和加工工藝，亦或者是通過(guò)熔鑄制粉進(jìn)行粉末增材都是非常困難的。以電子束為熱源，該技術(shù)具有功率大、能量利用率高，這也體現(xiàn)了本發(fā)明電子束三絲原位增材制備方法具有推廣性，可應(yīng)用到其他高活性高溫合金/高熵合金的大尺寸復(fù)雜構(gòu)件的原位熔絲沉積，實(shí)用性強(qiáng)。

技術(shù)特征：

1.一種電子束三絲原位增材制造tizrnbhfta難熔高熵合金的方法，其特征在于，所述方法：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s1中：預(yù)處理包括打磨、拋光、清洗、烘干。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s2中：采用同一絲嘴送絲的雙絲與水平方向的夾角相同。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s2中：采用同一絲嘴送絲的雙絲最前端與基板的垂直距離相同。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s3中：打印工藝參數(shù)為：聚焦電流if為1080-1130ma，束流ib為130-180ma，掃描頻率為200-400hz，打印路徑為循環(huán)往復(fù)的直線，打印速度vprint為500-700mm/min，層間冷卻時(shí)間為30-60s，真空度＜9.9×10-3pa。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s3中：水滴形高度為350-450μm，底部寬度為250-350μm，月牙形兩條弧線中點(diǎn)之間的直線距離為300-400μm，兩端點(diǎn)之間的直線距離為250-350μm，圓形直徑為200-400μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s3中：打印前基板預(yù)熱，ib為60ma，打印速度vprint為600mm/min。

8.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法制得的難熔高熵合金，其特征在于，所述合金在450℃下拉伸屈服強(qiáng)度≥640mpa，極限抗拉強(qiáng)度≥730mpa，延伸率≥20％。

9.權(quán)利要求8所述的難熔高熵合金作為耐高溫合金部件應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、熱交換器以及化學(xué)加工領(lǐng)域。

10.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法在制備其他高熔點(diǎn)且熔點(diǎn)差距大的合金中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
一種電子束三絲原位增材制造TiZrNbHfTa難熔高熵合金的方法和應(yīng)用。本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是為了解決目前難熔高熵合金熔點(diǎn)高、難加工和成形的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的方法：先對(duì)目標(biāo)構(gòu)件進(jìn)行三維建模，并進(jìn)行切片處理；然后采用三絲打印，設(shè)置三絲相對(duì)位置關(guān)系、三絲與基板的角度和距離、設(shè)置送絲速度，設(shè)置電子束掃描模式；最后進(jìn)行3D打印。本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)了合金成分的靈活調(diào)控，以及難熔高熵合金的一體化成形。本發(fā)明制備的非等原子比難熔TiZrNbHfTa高熵合金成分均勻，未觀察到未熔透情況，具有樹(shù)枝晶組織，且垂直于沉積方向的晶粒取向隨機(jī)，具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：王亮,李哲,蘇寶獻(xiàn),劉琛,王斌斌,駱良順,陳瑞潤(rùn),蘇彥慶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2