CN108326427B - 一种高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高熵合金技术领域，具体公开一种高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法。所述高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法，按照高熵合金的配方提供原料，所述原料包括合金带和药芯粉末，将合金带和药芯粉末制作成药芯焊丝，通过双电弧熔丝协同增材制造技术，获得所需的零件或块体合金。本发明提供的高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法，工艺稳定，熔敷效率高，制备效率高，热输入调节范围大，成本低，便于调节合金成分和晶粒大小，且该制备方法不但能制备大块高熵合金，同时也可制备精密高熵合金零件。

Description

一种高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法
技术领域
本发明涉及高熵合金技术领域，尤其涉及一种高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法。
背景技术
高熵合金作为一种全新的合金设计理念，具有许多传统合金所没有的结构特性和性能。高熵合金根据研究和应用领域的不同，可选择不同的制备方法。高熵合金目前多以块体和薄膜两种形态制备。对于块体多主元合金，目前最常使用的方法是真空电弧熔炼、真空电磁感应熔炼、粉末冶金、机械合金化、选择性激光熔化等方法。
真空电弧熔炼技术是研究者使用最多的方法，利用电弧放电加热熔化金属，熔炼结束后再使金属液在水冷铜模内冷却凝固成型。该方法熔炼温度较高，可熔炼熔点较高的合金，并且对于易挥发杂质和某些气体的去除具有良好的效果。但是该方法存在许多缺点，首先，低熔点元素易于挥发，导致很难控制元素的烧失率，使得最终元素含量与设计的元素含量相差很大；其次，坩埚的大小限制了高熵合金的大规模制备，制备的合金铸锭尺寸较小，通常只适用于合金组织性能的初步检测分析，不适合工业化生产；最后，每次熔炼需要数小时，且需要经过多次熔炼才能混合均匀。
真空感应熔炼可以一次性熔炼较多合金，但是在凝固过程中，铸态合金容易出现内应力大、成分偏析以及缩孔等缺陷；其次，无法熔炼高熔点的合金，由于高熵合金主元元素选取中一般会包含一种甚至多种高熔点元素，限制了其适用范围。
粉末冶金技术也是使用较多的一种制备高熵合金的方法，该方法能够消除合金元素偏析，具有组织均匀、晶粒细小、材料利用率较高等优点，但是合金中存在一些夹渣物和热诱导孔洞等缺陷，影响了力学性能。
机械合金化法制备的高熵合金具有结构稳定、成分均匀的特点，各种力学性能都要优于传统的熔炼方法。但是由于制备出来的产品为粉末状态，需要选择适当的方法使其进一步固结为块体；熔点越高的元素，所需要的研磨时间越长，制备效率低；合金粉末在球磨过程中，将不可避免地受到污染，会改变合金的相组成和结构，降低合金的塑性和韧性。
选择性激光熔化是近十几年来快速发展的一种技术。该方法的优点是金属零件致密度高，屈服强度和抗拉强度高，具有较高的延伸率，能够制造复杂精密零件，然而工艺较复杂，成型速度较低，成本高，难以应用于大规模制造。
发明内容
针对现有技术存在的成本高，制备效率低，合金成分调节不方便，化学成分和组织不均匀，易产生气孔、裂纹、夹渣、空隙及缩孔等缺陷等问题，本发明提供一种高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法，包括以下步骤：
(1)按照高熵合金的配方提供原料，所述原料包括合金带和药芯粉末，其中，所述高熵合金，包括5-9种主要合金元素，0-7种次要合金元素，且每种主要合金元素的原子百分含量为5％-35％，每种次要合金元素的原子百分含量为0-5％；
(2)将所述药芯粉末进行烘干处理、过筛处理和混料处理，得到复合粉末，合金带进行清洗处理，得到清洗后的合金带，将清洗后的合金带和复合粉末进行扎丝和拉丝处理，得到直径为0.8-2.4mm的药芯焊丝；
(3)在堆焊前对金属基体待堆焊表面进行打磨和清洗，将打磨和清洗后的金属基体用焊接工装夹具固定；
(4)设定焊接设备的焊接参数，将两根药芯焊丝沿焊接方向前后排列为前丝和后丝，前丝和后丝分别连接前丝送丝机和后丝送丝机，前丝和后丝对应配有独立的前丝弧焊电源和后丝弧焊电源，且均采用脉冲电流，焊接设备与金属基体形成双丝焊接系统；
(5)利用三维建模软件将要制备的零件或块体合金进行三维建模，然后利用分层切片软件将其分层获取轮廓线数据，规划零件的堆积路径，生成机器人所能识别的代码；
(6)确定堆焊起始位置，将程序代码输入到机器人中，运行程序，启动机器人和焊接设备，进行逐层堆积成形，程序运行完成后，获得所需的零件或块体合金。
相对于现有技术，本发明提供的高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法，工艺稳定，飞溅小，熔敷效率高，制备效率高，热输入调节范围大，成本低，便于调节合金成分和晶粒大小，且该制备方法不但能制备大块高熵合金，同时也可制备精密高熵合金零件；本发明提供的高熵合金，合金范围广，包括5-9种主要合金元素，0-7种次要合金元素，克服成分偏析，化学成分和组织更加均匀，合金内部质量好，气孔、裂纹、夹渣等缺陷更容易控制，且具有较好的硬度、屈服强度、抗拉强度、延伸率、断裂强度、压缩率等性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中焊接系统结构示意图；
图中，1、前丝送丝机；2、后丝送丝机；3、前丝；4、后丝；5、前丝弧焊电源；6、后丝弧焊电源；7、同步控制器；8、焊枪；9、前丝导电嘴；10、后丝导电嘴；11、金属基体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法。该方法，包括以下步骤：
(1)按照高熵合金的配方提供原料，所述原料包括合金带和药芯粉末，其中，所述高熵合金，包括5-9种主要合金元素，0-7种次要合金元素，且每种主要合金元素的原子百分含量为5％-35％，每种次要合金元素的原子百分含量为0-5％；
(2)将所述药芯粉末进行烘干处理、过筛处理和混料处理，得到复合粉末，合金带进行清洗处理，得到清洗后的合金带，将清洗后的合金带和复合粉末进行扎丝和拉丝处理，得到直径为0.8-2.4mm的药芯焊丝；
(3)在堆焊前对金属基体待堆焊表面进行打磨和清洗，将打磨和清洗后的金属基体用焊接工装夹具固定；
(4)设定焊接设备的焊接参数，将两根药芯焊丝沿焊接方向前后排列为前丝和后丝，前丝和后丝分别连接前丝送丝机和后丝送丝机，前丝和后丝对应配有独立的前丝弧焊电源和后丝弧焊电源，且均采用脉冲电流，焊接设备与金属基体形成双丝焊接系统；
(5)利用三维建模软件将要制备的零件或块体合金进行三维建模，然后利用分层切片软件将其分层获取轮廓线数据，规划零件的堆积路径，生成机器人所能识别的代码；
(6)确定堆焊起始位置，将程序代码输入到机器人中，运行程序，启动机器人和焊接设备，进行逐层堆积成形，程序运行完成后，获得所需的零件或块体合金。
具体地，步骤(1)中，合金带和药芯粉末均可以采用相同的或不同的主要合金元素及次要合金元素来满足高熵合金的配方组成，药芯粉末与合金带配合实现高熵合金成分的调节。
步骤(2)中，过筛处理将烘干后的药芯粉末使用振动筛按相同的目数过筛，去除大颗粒粉末以及大块杂质，使得每种药芯粉末粒度控制在60～100目之间；
清洗处理采用超声波清洗方式对合金带进行清洗，去除合金带表面油污，使合金带表面光亮、光滑，无裂纹、孔洞、氧化皮和腐蚀痕迹，合金带表面光亮、光滑，是为了减少轧制与拉拔时的阻力；无氧化皮和腐蚀痕迹是为了减少氧元素等杂质元素；在轧制前对合金带进行清洗，去除合金带表面的油污，是为了提高焊接过程稳定性，减少飞溅，提高焊道内部质量；
扎丝处理将合金带放置在药芯焊丝扎机上，通过扎机将合金带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加混合好的复合粉末，控制复合粉末的填充率在15％～40％，粉末的填充率浮动不超过±1％，再通过扎机将U型槽碾压闭合成O型，拉丝处理将通过轧机的填充有复合粉末的O型合金带放置到拉丝机上，经过粗拉、细拉多道拉拔工艺，得到直径为0.8～2.4mm的药芯焊丝，通过设计药芯焊丝复合粉末合金元素配比、复合粉末填充率及配合不同送丝速度来制备所需的高熵合金成分，由于将粉末包在合金带内，能够确保粉末成分的均匀性。
步骤(4)中，两根药芯焊丝沿焊接方向前后排列形成双丝焊接系统，两根焊丝共用一把焊枪，但是两个导电嘴相互绝缘，每根焊丝均能进行单独控制以达到各自的工艺要求，为了实现两个电弧的单独焊接参数控制，各电弧均有自己完全独立的焊接电源，双丝的任何参数都可以独立调节，且两根药芯焊丝直径、合金带和合金粉末的成分以及送丝速度等都可各自不一样，更加灵活方便地调节合金成分，焊丝间可以协同控制，两个电弧互不干扰，形成同一个熔池，堆焊形成高熵合金，由于形成的焊接熔池体积小，再加上电弧力的搅拌作用，使得化学成分和组织更加均匀，成分偏析小；由于形成的焊接熔池小，熔深浅，再加上电弧力的搅拌作用，使得气孔和夹渣更容易逸出熔池；由于产生的焊接内应力小，凝固速度快，熔深浅，含有有害杂质少，有利于控制裂纹缺陷，且由于焊接热输入调节范围大，使得晶粒大小调节范围大，有利于适用不同的工况条件。
优选地，所述主要合金元素选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sc、Pd、Y、Hf、Ta、W、Al或Sn，合金范围广，便于调节合金成分，得到不同种类及性能的高熵合金；所述次要合金元素选自C、Si、B、Cr、Sn、Ti、Mo、Cu、V、Zr、Pd、Nb、Co、Y、Re、Hf、Ta、W或Al，配合主要合金元素，改善合金的性能。
优选地，所述合金带的成分包括2-3种主要合金元素和0-7种次要合金元素，且前丝与后丝中两个合金带的主要合金元素不完全相同，合金带与复合粉末配合实现高熵合金成分的调节。
优选地，所述复合粉末的成分包括1-3种主要合金元素和0-7种次要合金元素，且前丝与后丝中两套复合粉末的主要合金元素不完全相同，保证药芯焊丝中复合粉末的填充率，与合金带配合实现高熵合金成分的调节。
优选地，所述合金带宽度为6～15mm，厚度为0.3～0.8mm，硬度为120～180HV，合金带的宽度与厚度，主要影响药芯焊丝的填充率以及焊丝的直径，合金带宽度越宽，厚度越薄，填充率越大，使得所制备的药芯焊丝填充率为15％～40％，直径为0.8～2.4mm，而硬度120～180HV，以保证合金带的成形性。
优选地，所述药芯粉末的纯度＞99.9％，复合粉末颗粒度为60～100目，减少高熵合金中杂质元素的含量；保证复合粉末的流动性和混料处理后成分的均匀性，以及复合粉末的填充率。
优选地，所述混料处理时间≥4h，为了保证复合粉末混合均匀，使最终所制备的高熵合金成分均匀。
优选地，所述烘干处理的温度为100～150℃，时间为1-2h，除去药芯粉末中的水分，便于填充。
优选地，所述脉冲电流的相位相差180度，脉冲频率为30～120Hz，平均电流为50～400A，焊丝直径小，相应的需要采用的焊接电流或送丝速度小，焊接电流越小，每道焊缝宽度越窄，熔深浅，适用于更精密薄件的制备；焊丝直径大，相应的需要采用的焊接电流大或送丝速度大，熔敷效率高，每道焊缝宽度更大，适用于制备大块合金或厚度更大的零件的制备。
优选地，所述送丝机构的送丝速度为3～22m/min，焊丝干伸长度为10～18mm，根据药芯焊丝的直径调整送丝速度，完成焊接。
优选地，保护气体为He、Ar中的至少一种，所述保护气体流量为15～30L/min，保证保护氛围，使焊接顺利进行，保证合金的性能。
优选地，两根药芯焊丝沿焊接方向前后排列，焊丝间距为10～25mm，前丝拖角0°～15°，后丝推角0°～15°，焊接速度为0.5m/min～3m/min，两根药芯焊丝采用交替焊接模式，避免彼此之间的相互影响，并通过控制焊接速度来调控晶粒的大小。
优选地，所述药芯焊丝中复合粉末的填充率为15％～40％，便于调整高熵合金的成分。
本方法制备工艺稳定，飞溅小，熔敷效率高，制备效率高，热输入调节范围大，成本低，便于调节合金成分和晶粒大小，且该制备方法不但能制备大块高熵合金，同时也可制备精密高熵合金零件；且本发明实施例提供的高熵合金，合金范围广，包括5-9种主要合金元素，0-7种次要合金元素，克服成分偏析，化学成分和组织更加均匀，合金内部质量好，气孔、裂纹、夹渣等缺陷更容易控制，且具有较好的硬度、屈服强度、抗拉强度、延伸率、断裂强度、压缩率等性能。
为了更好的说明本发明实施例提供的高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
一种高熵合金CrMnFeCoNi，制备方法包括如下步骤：
(1)按照所述的原料配比选取合金带和药芯粉末，成分及含量如表1及表2所述，其中，合金带1与合金带2的宽度均为12mm，厚度均为0.3mm；
表1
编号 Fe Cr Mn Ni
合金带1 69.5wt％ 30wt％ 0.5wt％ 0
合金带2 1wt％ 30wt％ 1.0wt％ 68wt％
表2
编号 铬粉 锰粉 钴粉
药芯粉末1 26.9g 469.9g 503.2g
药芯粉末2 26.9g 469.9g 503.2g
(2)将所述药芯粉末1和药芯粉末2进行如下处理：
烘干处理：采用远红外烘干炉进行烘干，烘干温度为110℃，时间为1.8h；
过筛处理：将烘干后的药芯粉末使用振动筛，将每种粉末依次通过60目和100目的筛子筛选，去除大颗粒粉末以及大块杂质，使得每种药芯粉末粒度控制在60～100目之间；
混料处理：将过筛处理后的药芯粉末放入混粉机中混合，混粉时间为5h，分别得到复合粉末1、复合粉末2；
采用超声波清洗方式对合金带进行清洗处理，去除合金带表面油污，得到清洗后的合金带1、合金带2；
将清洗后的合金带1、合金带2和复合粉末1、复合粉末2进行如下处理：扎丝处理：将合金带放置在药芯焊丝扎机上，通过扎机将合金带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加混合好的复合粉末，控制复合粉末的填充率为40％，再通过扎机将U型槽碾压闭合成O型；
拉丝处理：将通过轧机的填充有复合粉末的O型合金带放置到拉丝机上，经过粗拉、细拉多道拉拔工艺，得到直径为2.0mm的药芯焊丝1和药芯焊丝2；
(3)堆焊金属基体采用20mm厚的纯铁板，在堆焊前对金属基体待堆焊表面进行打磨和清洗，将打磨和清洗后的金属基体用焊接工装夹具固定；
(4)设定焊接设备的焊接参数，将两根药芯焊丝沿焊接方向前后排列为前丝和后丝，前丝和后丝分别连接前丝弧焊电源和后丝弧焊电源及前丝送丝机和后丝送丝机，两根药芯焊丝由同步控制器控制并用同一焊枪，前丝弧焊电源和后丝弧焊电源的负极均与金属基体连接，前丝弧焊电源和后丝弧焊电源的正极分别与焊枪中的前丝导电嘴和后丝导电嘴连接，两根药芯焊丝均采用脉冲电流，脉冲电流相位相差180度，脉冲频率均为40Hz，送丝速度均为18m/min，电弧电压均为36V，焊接平均电流均为380A，焊丝干伸长度均为14mm，焊丝间距20mm，焊接速度2m/min，前丝拖角6°，后丝推角12°。保护气为惰性气体He、Ar的混合气体，保护气流量均为22L/min，焊接设备与金属基体形成双丝焊接系统，如图1所示；
(5)利用三维建模软件将要制备的零件或块体合金进行三维建模，然后利用分层切片软件将其分层获取轮廓线数据，规划零件的堆积路径，生成机器人所能识别的代码；
(6)确定堆焊起始位置，将程序代码输入到机器人中，运行程序，启动机器人和焊接设备，进行逐层堆积成形，程序运行完成后，获得所需的块体合金。
为了更好的说明本发明实施例提供的块体合金的特性，下面将实施例1制备的块体合金进行相应性能的测试。考虑到金属基体的稀释率，切除掉堆焊所得块体合金的前4层，获得所需的高熵合金，进行室温拉伸测试，并测试其硬度，其力学性能如表3所示。
表3
Figure BDA0001592115410000101
实施例2
一种高熵合金CrMnFeCoNiSi0.25C0.25，制备方法包括如下步骤：
(1)按照所述的原料配比选取合金带和药芯粉末，成分及含量如表4及表5所述，其中，合金带1与合金带2的宽度均为10mm，厚度为0.3mm；
表4
编号 Fe Cr Mn Ni
合金带1 69.5wt％ 30wt％ 0 0.5wt％
合金带2 1wt％ 30wt％ 1.0wt％ 68wt％
表5
编号 钴粉 锰粉 碳化硅粉
药芯粉末1 475.4g 443.7g 80.9g
药芯粉末2 475.4g 443.7g 80.9g
(2)将所述药芯粉末1和药芯粉末2进行如下处理：
烘干处理：采用远红外烘干炉进行烘干，烘干温度为120℃，时间为1.5h；
过筛处理：将烘干后的药芯粉末使用振动筛，将每种粉末依次通过60目和100目的筛子筛选，去除大颗粒粉末以及大块杂质，使得每种药芯粉末粒度控制在60～100目之间；
混料处理：将过筛处理后的药芯粉末放入混粉机中混合，混粉时间为6h，分别得到复合粉末1、复合粉末2；
采用超声波清洗方式对合金带进行清洗处理，去除合金带表面油污，得到清洗后的合金带1、合金带2；
将清洗后的合金带1、合金带2和复合粉末1、复合粉末2进行如下处理：扎丝处理：将合金带放置在药芯焊丝扎机上，通过扎机将合金带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加混合好的复合粉末，控制复合粉末的填充率为40％，再通过扎机将U型槽碾压闭合成O型；
拉丝处理：将通过轧机的填充有复合粉末的O型合金带放置到拉丝机上，经过粗拉、细拉多道拉拔工艺，得到直径为1.2mm的药芯焊丝1和药芯焊丝2；
(3)堆焊金属基体采用20mm厚的纯铁板，在堆焊前对金属基体待堆焊表面进行打磨和清洗，将打磨和清洗后的金属基体用焊接工装夹具固定；
(4)设定焊接设备的焊接参数，将两根药芯焊丝沿焊接方向前后排列为前丝和后丝，前丝和后丝分别连接前丝弧焊电源和后丝弧焊电源及前丝送丝机和后丝送丝机，两根药芯焊丝由同步控制器控制并用同一焊枪，前丝弧焊电源和后丝弧焊电源的负极均与金属基体连接，前丝弧焊电源和后丝弧焊电源的正极分别与焊枪中的前丝导电嘴和后丝导电嘴连接，两根药芯焊丝均采用脉冲电流，脉冲电流相位相差180度，脉冲频率均为120Hz，送丝速度均为11.5m/min，电弧电压均为28V，焊接平均电流均为280A，焊丝干伸长度均为12mm，焊丝间距12mm，焊接速度1.0m/min，前丝拖角8°，后丝推角8°。保护气为惰性气体He气，保护气流量均为15L/min；
(5)利用三维建模软件将要制备的零件或块体合金进行三维建模，然后利用分层切片软件将其分层获取轮廓线数据，规划零件的堆积路径，生成机器人所能识别的代码；
(6)确定堆焊起始位置，将程序代码输入到机器人中，运行程序，启动机器人和焊接设备，进行逐层堆积成形，程序运行完成后，获得所需的块体合金。
为了更好的说明本发明实施例提供的块体合金的特性，下面将实施例2制备的块体合金进行相应性能的测试。考虑到金属基体的稀释率，切除掉堆焊所得块体合金的前4层，获得所需的高熵合金，进行室温压缩测试，并测试其硬度，其力学性能如表6所示。
表6
Figure BDA0001592115410000121
实施例3
一种高熵合金Al0.5CrFeCoNiCu0.7Ti0.2C0.2W0.08，制备方法包括如下步骤：
(1)按照所述的原料配比选取合金带和药芯粉末，成分及含量如表7及表8所述，其中，合金带1与合金带2的宽度均为8mm，厚度为0.3mm；
表7
编号 Fe Cr Ni Co Cu W
合金带1 39wt％ 28wt％ 32wt％ 0 1wt％ 0
合金带2 1wt％ 19wt％ 11wt％ 55wt％ 0 14wt％
表8
编号 铝粉 铜粉 碳化钛粉
药芯粉末1 289.3g 67.8g 642.9g
药芯粉末2 0 1000g 0
(2)将所述药芯粉末1和药芯粉末2进行如下处理：
烘干处理：采用远红外烘干炉进行烘干，烘干温度为140℃，时间为2h；
过筛处理：将烘干后的药芯粉末使用振动筛，将每种粉末依次通过60目和100目的筛子筛选，去除大颗粒粉末以及大块杂质，使得每种药芯粉末粒度控制在60～100目之间；
混料处理：将过筛处理后的药芯粉末放入混粉机中混合，混粉时间为7h，分别得到复合粉末1、复合粉末2；
采用超声波清洗方式对合金带进行清洗处理，去除合金带表面油污，得到清洗后的合金带1、合金带2；
将清洗后的合金带1、合金带2和复合粉末1、复合粉末2进行如下处理：扎丝处理：将合金带放置在药芯焊丝扎机上，通过扎机将合金带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加混合好的复合粉末，控制复合粉末1的填充率为23％，控制复合粉末2的填充率为15％，再通过扎机将U型槽碾压闭合成O型；
拉丝处理：将通过轧机的填充有复合粉末的O型合金带放置到拉丝机上，经过粗拉、细拉多道拉拔工艺，得到直径为1.2mm的药芯焊丝1和直径为1.0mm药芯焊丝2；
(3)堆焊金属基体采用20mm厚的纯铁板，在堆焊前对金属基体待堆焊表面进行打磨和清洗，将打磨和清洗后的金属基体用焊接工装夹具固定；
(4)设定焊接设备的焊接参数，将药芯焊丝1和药芯焊丝2沿焊接方向前后排列为前丝和后丝，前丝和后丝分别连接前丝弧焊电源和后丝弧焊电源及前丝送丝机和后丝送丝机，两根药芯焊丝由同步控制器控制并用同一焊枪，前丝弧焊电源和后丝弧焊电源的负极均与金属基体连接，前丝弧焊电源和后丝弧焊电源的正极分别与焊枪中的前丝导电嘴和后丝导电嘴连接，两根药芯焊丝均采用脉冲电流，脉冲电流相位相差180度，脉冲频率均为120Hz，前丝送丝速度为10m/min，前丝电弧电压为27V，前丝焊接平均电流为240A，后丝送丝速度为6.4m/min，后丝电弧电压为19V，后丝焊接平均电流为140A，焊丝干伸长度均为12mm，焊丝间距12mm，焊接速度0.6m/min，前丝拖角2°，后丝推角9°，保护气为惰性气体Ar气，保护气流量均为17L/min；
(5)利用三维建模软件将要制备的零件或块体合金进行三维建模，然后利用分层切片软件将其分层获取轮廓线数据，规划零件的堆积路径，生成机器人所能识别的代码；
(6)确定堆焊起始位置，将程序代码输入到机器人中，运行程序，启动机器人和焊接设备，进行逐层堆积成形，程序运行完成后，获得所需的块体合金。
为了更好的说明本发明实施例提供的块体合金的特性，下面将实施例3制备的块体合金进行相应性能的测试。考虑到金属基体的稀释率，切除掉堆焊所得块体合金的前4层，获得所需的高熵合金，进行室温及高温拉伸测试，并测试其硬度，其力学性能如表9所示。
表9
Figure BDA0001592115410000141
实施例4
一种高熵合金AlCoCrFeNi2，制备方法包括如下步骤：
(1)按照所述的原料配比选取合金带和药芯粉末，成分及含量如表10及表11所述，其中，合金带1与合金带2的宽度均为12mm，厚度为0.5mm；
表10
编号 Fe Cr Ni Mn
合金带1 49wt％ 18wt％ 32.5wt％ 0.5wt％
合金带2 1.0wt％ 29wt％ 69wt％ 1.0wt％
表11
编号 铝粉 钴粉
药芯粉末1 314.7g 685.3g
药芯粉末2 314.7g 685.3g
(2)将所述药芯粉末1和药芯粉末2进行如下处理：
烘干处理：采用远红外烘干炉进行烘干，烘干温度为140℃，时间为1.5h；
过筛处理：将烘干后的药芯粉末使用振动筛，将每种粉末依次通过60目和100目的筛子筛选，去除大颗粒粉末以及大块杂质，使得每种药芯粉末粒度控制在60～100目之间；
混料处理：将过筛处理后的药芯粉末放入混粉机中混合，混粉时间为5h，分别得到复合粉末1、复合粉末2；
采用超声波清洗方式对合金带进行清洗处理，去除合金带表面油污，得到清洗后的合金带1、合金带2；
将清洗后的合金带1、合金带2和复合粉末1、复合粉末2进行如下处理：扎丝处理：将合金带放置在药芯焊丝扎机上，通过扎机将合金带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加混合好的复合粉末，控制复合粉末的填充率为26％，再通过扎机将U型槽碾压闭合成O型；
拉丝处理：将通过轧机的填充有复合粉末的O型合金带放置到拉丝机上，经过粗拉、细拉多道拉拔工艺，得到直径为1.6mm的药芯焊丝1和药芯焊丝2；
(3)堆焊金属基体采用20mm厚的纯铁板，在堆焊前对金属基体待堆焊表面进行打磨和清洗，将打磨和清洗后的金属基体用焊接工装夹具固定；
(4)设定焊接设备的焊接参数，将两根药芯焊丝沿焊接方向前后排列为前丝和后丝，前丝和后丝分别连接前丝弧焊电源和后丝弧焊电源及前丝送丝机和后丝送丝机，两根药芯焊丝由同步控制器控制并用同一焊枪，前丝弧焊电源和后丝弧焊电源的负极均与金属基体连接，前丝弧焊电源和后丝弧焊电源的正极分别与焊枪中的前丝导电嘴和后丝导电嘴连接，两根药芯焊丝均采用脉冲电流，脉冲电流相位相差180度，脉冲频率均为90Hz，送丝速度均为14.6m/min，电弧电压均为31V，焊接平均电流均为350A，焊丝干伸长度均为12mm，焊丝间距15mm，焊接速度1.4m/min，前丝拖角0°，后丝推角8°。保护气为惰性气体Ar气，保护气流量均为22L/min；
(5)利用三维建模软件将要制备的零件或块体合金进行三维建模，然后利用分层切片软件将其分层获取轮廓线数据，规划零件的堆积路径，生成机器人所能识别的代码；
(6)确定堆焊起始位置，将程序代码输入到机器人中，运行程序，启动机器人和焊接设备，进行逐层堆积成形，程序运行完成后，获得所需的块体合金。
为了更好的说明本发明实施例提供的块体合金的特性，下面将实施例4制备的块体合金进行相应性能的测试。考虑到金属基体的稀释率，切除掉堆焊所得块体合金的前4层，获得所需的高熵合金，进行室温拉伸测试，并测试其硬度，其力学性能如表12所示。
表12
Figure BDA0001592115410000161
实施例5
一种高熵合金CrMnFeCoNi0.1，制备方法包括如下步骤：
(1)按照所述的原料配比选取合金带和药芯粉末，成分及含量如表13及表14所述，其中，合金带1与合金带2的宽度均为12mm，厚度为0.3mm；
表13
编号 Fe Cr Mn Ni
合金带1 69.5wt％ 30wt％ 0.5wt％ 0wt％
合金带2 1wt％ 30wt％ 1.0wt％ 68wt％
表14
编号 钴粉 锰粉 碳化铬粉
药芯粉末1 478.2g 446.5g 75.3g
药芯粉末2 478.2g 446.5g 75.3g
(2)将所述药芯粉末1和药芯粉末2进行如下处理：
烘干处理：采用远红外烘干炉进行烘干，烘干温度为130℃，时间为1.2h；
过筛处理：将烘干后的药芯粉末使用振动筛，将每种粉末依次通过60目和100目的筛子筛选，去除大颗粒粉末以及大块杂质，使得每种药芯粉末粒度控制在60～100目之间；
混料处理：将过筛处理后的药芯粉末放入混粉机中混合，混粉时间为6h，分别得到复合粉末1、复合粉末2；
采用超声波清洗方式对合金带进行清洗处理，去除合金带表面油污，得到清洗后的合金带1、合金带2；
将清洗后的合金带1、合金带2和复合粉末1、复合粉末2进行如下处理：扎丝处理：将合金带放置在药芯焊丝扎机上，通过扎机将合金带轧制成U型槽，然后向U型槽中添加混合好的复合粉末，控制复合粉末的填充率为40％，再通过扎机将U型槽碾压闭合成O型；
拉丝处理：将通过轧机的填充有复合粉末的O型合金带放置到拉丝机上，经过粗拉、细拉多道拉拔工艺，得到直径为2mm的药芯焊丝1和药芯焊丝2；
(3)堆焊金属基体采用20mm厚的纯铁板，在堆焊前对金属基体待堆焊表面进行打磨和清洗，将打磨和清洗后的金属基体用焊接工装夹具固定；
(4)设定焊接设备的焊接参数，将两根药芯焊丝沿焊接方向前后排列为前丝和后丝，前丝和后丝分别连接前丝弧焊电源和后丝弧焊电源及前丝送丝机和后丝送丝机，两根药芯焊丝由同步控制器控制并用同一焊枪，前丝弧焊电源和后丝弧焊电源的负极均与金属基体连接，前丝弧焊电源和后丝弧焊电源的正极分别与焊枪中的前丝导电嘴和后丝导电嘴连接，两根药芯焊丝均采用脉冲电流，脉冲电流相位相差180度，脉冲频率均为50Hz，送丝速度均为17m/min，电弧电压均为35V，焊接平均电流均为365A，焊丝干伸长度均为12mm，焊丝间距18mm，焊接速度1.7m/min，前丝拖角3°，后丝推角6°。保护气为惰性气体He、Ar的混合气体，保护气流量均为28L/min；
(5)利用三维建模软件将要制备的零件或块体合金进行三维建模，然后利用分层切片软件将其分层获取轮廓线数据，规划零件的堆积路径，生成机器人所能识别的代码；
(6)确定堆焊起始位置，将程序代码输入到机器人中，运行程序，启动机器人和焊接设备，进行逐层堆积成形，程序运行完成后，获得所需的块体合金。
为了更好的说明本发明实施例提供的块体合金的特性，下面将实施例1制备的块体合金进行相应性能的测试。考虑到金属基体的稀释率，切除掉堆焊所得块体合金的前4层，获得所需的高熵合金，进行室温拉伸测试，并测试其硬度，其力学性能如表15所示。
表15
由以上数据可得，本发明实施例中所得到的高熵合金，合金范围广，具有较好的硬度、屈服强度、抗拉强度、延伸率、断裂强度、压缩率等性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按照高熵合金的配方提供原料，所述原料包括合金带和药芯粉末，其中，所述高熵合金，包括5-9种主要合金元素，0-7种次要合金元素，且每种主要合金元素的原子百分含量为5％-35％，每种次要合金元素的原子百分含量为0-5％；
(2)将所述药芯粉末进行烘干处理、过筛处理和混料处理，得到复合粉末，合金带进行清洗处理，得到清洗后的合金带，将清洗后的合金带和复合粉末进行扎丝和拉丝处理，得到直径为0.8-2.4mm的药芯焊丝；
(3)在堆焊前对金属基体待堆焊表面进行打磨和清洗，将打磨和清洗后的金属基体用焊接工装夹具固定；
(4)设定焊接设备的焊接参数，将两根药芯焊丝沿焊接方向前后排列为前丝和后丝，前丝和后丝分别连接前丝送丝机和后丝送丝机，两根焊丝共用一把焊枪，两个导电嘴相互绝缘，前丝和后丝对应配有独立的前丝弧焊电源和后丝弧焊电源，前丝弧焊电源和后丝弧焊电源的负极均与金属基体连接，前丝弧焊电源和后丝弧焊电源的正极分别与焊枪中的前丝导电嘴和后丝导电嘴连接，且均采用脉冲电流，脉冲电流的相位相差180度，焊丝间协同控制，采用交替焊接模式，形成同一个熔池，焊接设备与金属基体形成双丝焊接系统；
(5)利用三维建模软件将要制备的零件或块体合金进行三维建模，然后利用分层切片软件将其分层获取轮廓线数据，规划零件的堆积路径，生成机器人所能识别的代码；
(6)确定堆焊起始位置，将程序代码输入到机器人中，运行程序，启动机器人和焊接设备，进行逐层堆积成形，程序运行完成后，获得所需的零件或块体合金。
2.如权利要求1所述的高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法，其特征在于：所述主要合金元素选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sc、Pd、Y、Hf、Ta、W、Al或Sn；所述次要合金元素选自C、Si、B、Cr、Sn、Ti、Mo、Cu、V、Zr、Pd、Nb、Co、Y、Re、Hf、Ta、W或Al。
3.如权利要求2所述的高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法，其特征在于：所述合金带的成分包括2-3种主要合金元素和0-7种次要合金元素，且前丝与后丝中两个合金带的主要合金元素不完全相同，和/或
所述复合粉末的成分包括1-3种主要合金元素和0-7种次要合金元素，且前丝与后丝中两套复合粉末的主要合金元素不完全相同。
4.如权利要求1所述的高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法，其特征在于：所述合金带宽度为6～15mm，厚度为0.3～0.8mm，硬度为120～180HV，和/或
所述药芯粉末的纯度＞99.9％，复合粉末颗粒度为60～100目。
5.如权利要求1所述的高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法，其特征在于：所述混料处理时间≥4h，和/或
所述烘干处理的温度为100～150℃，时间为1-2h。
6.如权利要求1所述的高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法，其特征在于：所述脉冲电流的脉冲频率为30～120Hz，平均电流为50～400A，和/或
所述送丝机的送丝速度为3～22m/min，焊丝干伸长度为10～18mm，和/或
保护气体为He、Ar中的至少一种，所述保护气体流量为15～30L/min。
7.如权利要求1所述的高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法，其特征在于：焊丝间距为10～25mm，前丝拖角0°～15°，后丝推角0°～15°，焊接速度为0.5m/min～3m/min。
8.如权利要求1-7任一项所述的高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法，其特征在于：所述药芯焊丝中复合粉末的填充率为15％～40％。
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