本發(fā)明涉及金屬材料，提出了等離子弧增材制造結(jié)合單步冷軋退火工藝，通過引入多種晶格缺陷和精細的非勻質(zhì)組織制備中熵合金，具體涉及一種高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、cocrni基中熵合金由于具有穩(wěn)定的fcc相和優(yōu)異的力學(xué)性能而被研究最多。然而，單相cocrni中熵合金在室溫下屈服強度較低，限制了其在工程中的應(yīng)用。通過引入多種強化機制，可有效增強cocrni基中熵合金的強度。然而，這也只能通過復(fù)雜的制造路線來實現(xiàn)，包括熔化、鑄造、均質(zhì)化、軋制、再結(jié)晶或部分再結(jié)晶，對其應(yīng)用是一個挑戰(zhàn)。

2、縮短復(fù)雜的制造路線的方法是，尋找一種理想的原始材料，可以提高再結(jié)晶的效率。增材制造(am)已被用于在高冷卻速率下制造高性能和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)材料，與采用其他制備方法(鑄造)制備的合金相比，增材制造的合金組織均勻，缺陷少。此外，am制備的合金具有獨特的微觀組織(位錯網(wǎng)絡(luò)組織和取向組織)。這些特性使am制備的合金有可能成為縮短熱機械加工(冷軋和退火)路線的理想初始材料。在熱機械處理之前合金不需要預(yù)處理(熱軋或均質(zhì)化)，因為他們的顯微組織均勻，缺陷少。此外，獨特的微觀結(jié)構(gòu)可以極大地影響變形能在材料中的積累，提高再結(jié)晶速率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是一種高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金及其制備方法，通過使用等離子弧增材制造技術(shù)制備(cocrni)94al3ti3中熵合金塊體，并對制備好的高熵合金塊體進行50％的冷軋制，隨后對軋制后高熵合金進行800℃的熱處理，熱處理時間為1小時，通過以上方式引入多種晶格缺陷和精細的非勻質(zhì)組織，提供具有高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金的制備方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金，包括由所述合金按原子百分比為co:31.3％、cr:31.3％、ni:31.3％、al:3％、ti:3％配比制得。

3、進一步的，所述co、cr、ni、al、ti原金屬單質(zhì)粉末的純度高于99.5％，各材料粒度在150～250目之間。

4、一種高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金的制備方法，具體包括以下制備步驟：

5、(1)將純度高于99.5％，粒度在150～250目之間的按原子百分比為co:31.3％、cr:31.3％、ni:31.3％、al:3％、ti:3％轉(zhuǎn)換為各金屬粉末相對應(yīng)的質(zhì)量比，通過稱重的方式獲取相應(yīng)質(zhì)量的金屬粉末；

6、(2)將稱重完后的金屬粉末在真空手套箱中進行簡單混合后，再與氧化鋁研磨球一起放入高能球磨機的球磨罐中，氧化鋁研磨球和金屬混合粉末的質(zhì)量比為1：2，球磨機設(shè)置為循環(huán)的運行方式，球磨機設(shè)置為正轉(zhuǎn)5分鐘，停止5分鐘，反轉(zhuǎn)5分鐘的運行方式，運行總時間設(shè)置為6個小時；

7、(3)將運行6個小時的高能球磨機關(guān)閉，取出球磨罐中混合均勻后的金屬粉末并立即將混合均勻的合金粉末放入真空干燥箱干燥2個小時后，把混合粉末放入干燥密封的容器中，等待后續(xù)使用；

8、(4)將用于沉積的基板材用角磨機打磨一遍用以去除基材表面的氧化層、氧化物和雜質(zhì)，再使用酒精和丙酮反復(fù)清洗，進一步的去除基板上的污漬和表面雜質(zhì)；

9、(5)將步驟(3)干燥后備用的混合粉末放入增材制造設(shè)備的送粉罐中，打開保護氣氣瓶和等離子弧增材制造設(shè)備，在等離子弧增材制造設(shè)備上設(shè)定合適的沉積路徑和沉積參數(shù)，運行設(shè)備在基板材上進行逐層沉積；

10、(6)沉積過程中保持材料成型狀態(tài)，待每一層沉積完成后，使用角磨機對成型表面進行去氧化層處理，而后進行下一層沉積直至沉積到所需的高度，得到中熵合金塊體。

11、優(yōu)選的，所述等離子增材制造設(shè)備在沉積(cocrni)94al3ti3中熵合金中設(shè)置的參數(shù)如下：沉積電流為100a；送粉轉(zhuǎn)速為25r/min；離子氣流量為2.5～3l/min；保護氣流量為12l/min送粉器流量為2.5～3l/min等離子焊槍工作速度為395mm/min，整個沉積過程中使用的離子氣、保護氣、送粉氣均為惰性氣體氬氣。

12、優(yōu)選的，所述金屬單質(zhì)粉末放入球磨罐內(nèi)后，在研磨混合的6小時內(nèi)，保持向球磨罐中充入足夠的氬氣作為混合過程中的保護氣，防止混合粉末在球磨混合的過程中發(fā)生氧化變質(zhì)。

13、優(yōu)選的，將成型后的(cocrni)94al3ti3中熵合金塊體用砂紙進行一定的打磨處理，而后對打磨后的中熵合金塊進行冷軋制處理，軋制方向為沉積方向，最后對冷軋制后的(cocrni)94al3ti3中熵合金塊體進行進一步的退火處理。

14、優(yōu)選的，所述冷軋制處理采用多道多次軋制，冷軋制設(shè)備對(cocrni)94al3ti3中熵合金塊的每次下壓量約為0.1mm，并每次會對單道軋制后的高熵合金塊進行測量，冷軋制變形量達到50％時完成軋制，軋制后的去退火溫度為800℃。

15、綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：

16、本發(fā)明通過將按原子百分比為co:31.3％、cr:31.3％、ni:31.3％、al:3％、ti:3％金屬粉末，球磨均勻混合、真空干燥后配置成(cocrni)94al3ti3中熵合金粉末，并通過粉末等離子弧等增材制造工藝制備(cocrni)94al3ti3中熵合金塊。本發(fā)明的(cocrni)94al3ti3中熵合金，采用等離子弧增材制造結(jié)合單步冷軋退火工藝，通過引入多種晶格缺陷和精細的非勻質(zhì)組織，獲得了擁有高強度的(cocrni)94al3ti3中熵合金，該制備方法，具有簡單高效的優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)特征：

1.一種高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金，其特征在于：所述合金采用co、cr、ni、al、ti的金屬單質(zhì)粉末按配比，通過粉末等離子體增材制造結(jié)合單步冷軋退火工藝制得。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金，其特征在于：所述合金的合金元素組成按原子百分比為：co:31.3％、cr:31.3％、ni:31.3％、al:3％、ti:3％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金，其特征在于：所述的co、cr、ni、al、ti金屬單質(zhì)粉末的純度高于99.5％，且所述的金屬單質(zhì)粉末材料的粒度在150～250目之間。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金，其特征在于：所述的合金按照原子比轉(zhuǎn)換為各金屬單質(zhì)粉末相對應(yīng)的質(zhì)量比，并通過稱重的方式獲取相應(yīng)實際質(zhì)量按質(zhì)量比的金屬單質(zhì)粉末。

5.一種制備如權(quán)利要求1-4中任一所述的高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金的制備方法，其特征在于：在所述步驟1中，等離子弧增材制造設(shè)備上設(shè)定合適的沉積路徑和沉積參數(shù)，運行設(shè)備在基板材上進行逐層沉積。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金的制備方法，其特征在于：所述等離子增材制造設(shè)備在沉積(cocrni)94al3ti3中熵合金的塊體中設(shè)置的參數(shù)如下：沉積電流為100a；送粉盤轉(zhuǎn)速為25r/min；離子氣流量為2.5～3l/min；保護氣流量為12l/min；送粉器流量為2.5～3l/min；等離子焊槍工作速度為395mm/min，整個沉積過程中使用的離子氣、保護氣、送粉氣均為氬氣。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金的制備方法，其特征在于：所述步驟2中的冷軋?zhí)幚頌椋褐苯訉Τ练e的試樣進行單道多次冷軋制，冷軋制變形量達到50％時完成軋制。

9.根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的一種高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金的制備方法，其特征在于：所述冷軋?zhí)幚淼能堉品较驗槌练e方向。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高強度(cocrni)94al3ti3中熵合金的制備方法，其特征在于：所述的冷軋?zhí)幚砻看螌?cocrni)94al3ti3中熵合金塊的下壓量為0.1mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高強度(CoCrNi)<subgt;94</subgt;Al<subgt;3</subgt;Ti<subgt;3</subgt;中熵合金及其制備方法，采用粉末等離子弧增材制造結(jié)合單步冷軋退火工藝，通過引入多種晶格缺陷和精細的非勻質(zhì)組織，制備出具有高強度的(CoCrNi)<subgt;94</subgt;Al<subgt;3</subgt;Ti<subgt;3</subgt;中熵合金。本發(fā)明通過上述技術(shù)方案制備了高強度的(CoCrNi)<subgt;94</subgt;Al<subgt;3</subgt;Ti<subgt;3</subgt;中熵合金，制備效率高、質(zhì)量好、成本低。本發(fā)明具有良好的經(jīng)濟效益，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)研發(fā)人員：陳希章,武劉威
受保護的技術(shù)使用者：溫州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6