CN112267056A - 一种高熵合金构件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高熵合金构件及其制作方法，涉及高熵合金技术领域，以避免高熵合金成分偏析的问题。该高熵合金构件的制作方法包括：提供一基板；在基板上铺设金属粉末，金属粉末包括原子比为a：b：c：d：e的Al、Co、Cr、Fe以及Ni，0＜a≤1.2，b＝c＝d＝e＝1；采用激光选区熔化工艺对金属粉末进行熔化成型处理，获得高熵合金构件。本发明提供的一种高熵合金构件及其制作方法用于高熵合金构件的制作。

Description

一种高熵合金构件及其制作方法

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构件及其制作方法。

背景技术

高熵合金含有四种及以上组分，且原子比例接近。从热力学方面分析，其具有很高的熵值，导致其合金结构为稳定的面心立方(FCC)和体心立方(BCC)，是传统多元合金所无法比拟的。在结构上具有晶格畸变效应，在动力学上具有原子迟滞扩散效应，所以容易获得热稳定性高的简单固溶体。基于此，高熵合金具有普遍高的腐蚀电位，耐腐蚀，高的热稳定性，耐高温软化，耐高温氧化，高的强度和硬度，良好的耐磨性，较高的加工硬化性能和高电阻率等优异性能。这些高性能，致使高熵合金在高速切削刀具、高尔夫球头打击面、油压气压杆、钢管和辊压筒的硬面；以及化学工厂、船舶、高速铁路等领域的耐蚀件，电热材料的IC扩散阻绝层，微机电加工原件等工业领域具有广阔的应用前景。

目前，制备高熵合金构件的方法主要有真空电弧熔炼等。但是真空电弧熔炼无法解决高熵合金成分偏析的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熵合金构件及其制作方法，以避免高熵合金成分偏析的问题。

第一方面，本发明提供一种高熵合金构件的制作方法。该高熵合金构件的制作方法包括：

提供一基板；

在基板上铺设金属粉末，金属粉末包括原子比为a：b：c：d：e的Al、Co、Cr、Fe以及Ni，0＜a≤1.2，b＝c＝d＝e＝1；

采用激光选区熔化工艺对金属粉末进行熔化成型处理，获得高熵合金构件。

与现有技术相比，采用激光选区熔化工艺成型高熵合金构件的过程中，按原子比例混合的金属粉末被平推铺设到基板上，高能激光束快速高效熔化金属粉末并快速凝固成型。由于按原子比例混合的金属粉末被平推铺设到基板上，因此，可以避免利用气流等载体输送金属粉末的过程中，金属粉末中各组分在重力作用下发生偏析的问题。高能激光束使金属粉末快速高效熔化并快速凝固，一方面可以在快速凝固的非平衡溶质截留效应的作用下，使金属粉末熔融形成的金属液中的原子出现再分布的现象，从而通过原子扩散运动促使金属液中的各组分原子在微熔池内混合，削弱偏析现象。另一方面，金属粉末快速高效熔化并快速凝固，可以在快速凝固的非平衡效应作用下使成型的高熵合金构件组织细化，使得高熵合金构件具有较小的晶粒度和较高的组织致密度。当高熵合金构件的晶粒度较小时，出现偏析的晶粒对整体高熵合金构件的影响很小，此时，偏析现象可以忽略。由大量晶粒构成的高熵合金构件，偏析现象成点状分布在各个晶粒内，从整体上来看，高熵合金构件成分均匀分布，可以避免成分偏析问题。

另外，激光选区熔化工艺成型高熵合金构件时，加工层的层厚为微米级，高能激光束在微米级层厚的金属粉末层上形成较小的微熔池。与传统的铸造工艺、冶金工艺制作高熵合金构件时，形成的较大尺寸的熔池相比，尺寸较小的微熔池可以避免组分聚集导致的偏析和成分不均匀的问题。并且，在高能激光束的热能冲击下，可以促使熔池内的各组分均匀混合，从而削弱偏析现象。

在一些可能的实现方式中，当0＜a≤0.5，高熵合金构件具有面心结构固溶体；当0.5＜a≤0.8，高熵合金构件具有面心结构固溶体和体心结构固溶体；当0.8＜a≤1.2，高熵合金构件具有体心结构固溶体。

具有面心结构固溶体的高熵合金构件具有高的塑性变形能力，有利于切削加工。具有体心结构固溶体的高熵合金构件具有高的高温强度和加工硬化性能。具有面心结构固溶体和体心结构固溶体的高熵合金构件具有高硬度和耐回火软化特性。在实际应用中，可以根据性能需要调整金属粉末的原子比，从而获得相应的高性能高熵合金构件。还可以通过调控金属粉末的原子比，以实现高熵合金构件单相和双相的转变。

在一些可能的实现方式中，上述激光选区熔化工艺的工艺参数中，光斑直径为0.06mm～0.08mm、激光功率为160W～180W，加工层的层厚为10μm～30μm。此时，光斑直径大于层厚，且激光功率为160W～180W时，在避免损伤已形成的高熵合金构件部分的情况，可以确保高效的熔化铺设的金属粉末，从而确保形成晶粒度较小的高熵合金构件。并且，较小的层厚与光斑直径激光功率相配合，可以在激光束的作用下形成较小尺寸的金属粉末熔池，有利于熔池内各组分原子在热力作用下混合。

在一些可能的实现方式中，上述激光选区熔化工艺的工艺参数中，扫描速度为900mm/s～1200mm/s，扫描线间距为0.08mm～0.11mm，基板预热温度为80℃～200℃，加工气氛为惰性气体气氛。

采用上述技术方案时，900mm/s～1200mm/s的扫描速度，在避免过度熔化的情况下，可以确保激光束在金属粉末上具有足够的停留时间，使得单位熔池内的金属粉末具有足够的融熔时间，确保金属粉末能够有效融熔。激光按照0.08mm～0.11mm的扫描线间距扫描时，可以确保相邻的扫描线之间没有遗漏的金属粉末，进而确保所有金属粉末能够有效熔化。80℃～200℃的基板预热温度，可以为基板上的金属粉末提供一定的初始温度，从而便于激光快速熔化基板上的金属粉末。在惰性气体气氛下加工，可以避免高熵合金在形成过程中发生氧化等反应，从而确保形成高质量、低杂质的高熵合金构件。

在一些可能的实现方式中，上述金属粉末的粒径为25μm～38μm，激光选区熔化工艺的激光功率为160W。金属粉末的粒径为38μm～45μm，激光选区熔化工艺的激光功率为165W。金属粉末的粒径为45μm～75μm，激光选区熔化工艺的激光功率为170W。金属粉末的粒径为75μm～100μm，激光选区熔化工艺的激光功率为180W。

此时，对于粒径较大的金属粉末，采用激光功率较大的激光束进行加工，从而提高加工效率和融熔效果；对于粒径较小的金属粉末，在确保有效融熔的情况下，选择激光功率较小的激光束进行加工，从而可以节约能源。基于此，可以根据金属粉末的粒径，选择相适应的激光功率的激光束，在确保金属粉末有效融熔的情况下，合理分配能源。

在一些可能的实现方式中，在基板上铺设金属粉末之前，高熵合金构件的制作方法还包括：利用行星球磨机混合金属粉末，并烘干处理；其中，行星球磨机的转速为100r/min～400r/min，烘干处理的温度为60℃～80℃，烘干处理的时间为4h～8h。此时，经过100r/min～400r/min转速行星球磨机的处理，可以使金属粉末高效混合，获得均匀混合的金属粉末。并且行星球磨机可以对金属粉末进行细化处理，从而获得粒径较小的金属粉末，便于激光束进行加工，形成晶粒度较小的构件。烘干处理，可以避免湿度过大时，金属粉末团聚的问题，有利于金属粉末均匀混合。

在一些可能的实现方式中，在采用激光选区熔化工艺对金属粉末进行熔化成型处理，获得高熵合金构件后，高熵合金构件的制作方法还包括：利用负压抽除基板上未熔的金属粉末。

在一些可能的实现方式中，在采用激光选区熔化工艺对金属粉末进行熔化成型处理，获得高熵合金构件后，高熵合金构件的制作方法还包括：将高熵合金构件从基板上切割分离，然后喷砂打磨处理高熵合金构件。由于激光选区熔化工艺为净成形加工工艺，无需打印后的机加工处理，进行打磨即可，简化工艺，节约成本。

在一些可能的实现方式中，上述高熵合金构件为点阵构件、三维多孔构件、镂空构件或中空流道构件。

采用激光选区熔化工艺成形高熵合金构件时，可以制作出真空电弧熔炼、磁控溅射、粉末冶金、电化学沉积以及等离子熔覆所无法制造的点阵构件、三维多孔构件、镂空构件或中空流道构件等复杂结构构件。采用激光沉积工艺制可以制作近净成形的构件，但是点阵构件、三维多孔构件、镂空构件或中空流道构件等复杂结构构件内部结构复杂，难以进行后加工。而本发明的激光选区熔化工艺无需成形后的机加工工序，可以直接净成形满足工艺要求的复杂构件。

第二方面，本发明还提供一种高熵合金构件。该高熵合金构件采用上述高熵合金构件的制作方法制作。

第二方面提供的高熵合金构件的有益效果可以参考第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的高熵合金构件的制作方法的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的高熵合金构件结构示意图，其中a为实施例一制作的高熵合金构件示意图，b为实施例二制作的高熵合金构件结构示意图，c为实施例三制作的高熵合金构件结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的高熵合金构件的XRD图；

图3为本发明实施例三提供的高熵合金构件的XRD图；

图4为本发明实施例四提供的高熵合金构件的XRD图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

高熵合金，是由五种或五种以上等量或大约等量的金属形成的合金。由于高熵合金可能具有许多理想的性质，因此在材料科学及工程上受到重视。以往的合金中主要的金属成分可能只有一至两种。例如会以铁为基础，再加入一些微量的元素来提升其特性，因此所得的就是以铁为主的合金。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，其强度比传统合金高，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。

目前，制作高熵合金构件的方法，主要有真空熔炼、粉末冶金等。真空熔炼，是按一定比例将纯金属放入坩埚中，然后在真空炉中反复抽真空后充入氩气作为保护气体，待全部金属均匀熔化后，在水冷铜模中浇铸成型。粉末冶金，是以金属粉末为原料，经过压制成形、烧结，制作粉末冶金制品。采用这些工艺制作高熵合金构件时，通常需要将所有的金属粉末一起熔化，或金属粉末形成的坯体整体进行烧结。当所有的原材料或中间材料一起进行处理时，容易出现成分聚集，成分偏析的问题。

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种高熵合金构件。该高熵合金构件可以为点阵构件、三维多孔构件、镂空构件或中空流道构件。高熵合金构件采用激光选区熔化工艺，利用激光选区熔化设备制作。

激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)设备包括光路单元和机械单元、控制单元。光路单元主要包括激光器、扩束镜、反射镜和扫描振镜。扩束镜、反射镜和扫描振镜位于激光器所发出的激光束的光路上。激光器是SLM设备中最核心的组成部分，直接决定整个设备的成型质量。具体实施时，可以选择转换效率高、性能可靠、寿命长且光束模式接近基模的激光器。激光器所发出的激光束经过扩束镜，直径扩大，发散角减小，能量损耗减小。随后激光束经过反射镜被反射到需要的方向，并经过扫描振镜将激光光斑精确定位在加工面的任一位置。

机械单元主要包括铺粉装置、成型腔及粉料仓。成型腔中具有可在竖直方向上移动的基板。高熵合金形成在该基板上。粉料仓紧邻成形仓设置。该粉料仓可在竖直方向上移动。铺粉装置设在粉料仓上，将粉料仓中发粉末平推到成形腔中的基板上。铺粉装置可以为铺粉刷，也可以为铺粉滚筒。光路单元位于成型腔的上方，使得激光束在铺有金属粉末的基板上扫描。

具体的，在激光束扫描前，铺粉装置将粉料仓中的粉末平推到成型腔中的基板上，激光束按照当前层的扫描路径，在位于基板上的金属粉末层上进行扫描，选区熔化金属粉末，加工出当前层。然后基板下降一个层厚的距离，粉料仓上升一定厚度的距离，铺粉装置再在已加工好的当前层上铺设金属粉末，开始加工下一层。如此层层加工，直至整个构件加工完成。

上述高熵合金构件的制作方法，包括如下步骤：

步骤S100：提供一基板。也就是提供一激光选区熔化设备，为后续打印高熵合金提供设备基础。在实际应用中，可以选用天津镭铭激光科技有限公司的LM-X150A设备。

步骤S200：利用行星球磨机混合金属粉末，并烘干处理。金属粉末包括原子比为a：b：c：d：e的Al、Co、Cr、Fe以及Ni，0＜a≤1.2，b＝c＝d＝e＝1。为了避免金属粉末中混入杂质，可以选择Al金属单质粉末、Co金属单质粉末、Cr金属单质粉末、Fe金属单质粉末及Ni金属单质粉末。行星球磨机的转速为100r/min～400r/min，行星球磨机混合金属粉末的时间为1h～3h。烘干处理的温度为60℃～80℃，烘干处理的时间为4h～8h。烘干处理的设备可以选择真空干燥箱。

经过100r/min～400r/min转速行星球磨机的处理，可以使金属粉末高效混合，获得均匀混合的金属粉末。并且行星球磨机可以对金属粉末进行细化处理，从而获得粒径较小的金属粉末，便于激光进行加工，形成晶粒度较小的构件。烘干处理，可以避免湿度过大时，金属粉末团聚的问题，有利于金属粉末均匀混合。

示例性的，金属粉末中Al、Co、Cr、Fe以及Ni的原子比中a可以为0.1、0.3、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1或1.2。行星球磨机的转速可以为100r/min、120r/min、150r/min、200r/min、260r/min、300r/min、340r/min或400r/min。行星球磨机混合金属粉末的时间，也就是球磨时间可以为1h、1.5h、2h、2.5h或3h。烘干处理的温度可以为60℃、66℃、68℃、70℃、72℃、75℃或80℃。烘干处理的时间可以为4h、5h、5.4h、5.8h、6h、6.6h、7h、7.5h或8h。

应理解，上述步骤S100和步骤S200均为激光选区熔化工艺的前期准备工作，因此，也可以是先执行步骤S200，在执行步骤S100。

步骤S300：在步骤S100提供的基板上铺设步骤S200制备的金属粉末。示例性的，首先将步骤S200制备的金属粉末装入激光选区熔化设备的粉料仓中，然后利用铺粉装置将粉料仓中的金属粉末平推铺设到基板上。铺粉的厚度应大于加工层的层厚，使得金属粉末层被激光束熔化后，其层厚能够满足加工层层厚的要求。

步骤S400：采用激光选区熔化工艺对位于基板上的金属粉末进行熔化成型处理，获得高熵合金构件。

具体实施时，开启激光器产生高能激光束，激光束经过扩束镜、反射镜和扫描振镜处理后，照射到基板上的金属粉末上，熔化金属粉末，金属粉末熔化后瞬间凝固形成高熵合金构件。

为了获得高质量、成分均匀的高熵合金构件，可以限定激光选区熔化工艺的工艺参数中，加工气氛为惰性气体气氛，基板预热温度为80℃～200℃，光斑直径为0.06mm～0.08mm、激光功率为160W～180W，扫描速度为900mm/s～1200mm/s，扫描线间距为0.08mm～0.11mm，加工层的层厚为10μm～30μm。

上述激光选区熔化工艺在惰性气体气氛下进行，激光加工选区熔化设备的成型腔中为惰性气体气氛。此时，可以避免高熵合金在形成过程中发生氧化等反应，从而确保形成高质量、低杂质的高熵合金构件。在实际应用中，可以利用真空泵抽除成型腔中的空气，并通入惰性气体。惰性气体可以为氩气等。

在开始加工高熵合金构件前，还需将预热基板至80℃～200℃。此时，可以为基板上的金属粉末提供一定的初始温度，从而便于激光快速熔化基板上的金属粉末。示例性的，基板预热温度可以为80℃、85℃、90℃、100℃、130℃、150℃、170℃、180℃、190℃或200℃。

扫描到金属粉末上的激光的光斑直径为0.06mm～0.08mm，激光功率为160W～180W，且加工层的层厚为10μm～30μm时，光斑直径大于层厚，在避免损伤已形成的高熵合金构件部分的情况，可以确保高效的熔化铺设的金属粉末，从而确保形成晶粒度较小的高熵合金构件。并且，较小的层厚与光斑直径激光功率相配合，可以在激光束的作用下形成较小尺寸的金属粉末熔池，有利于熔池内各组分原子在热力作用下混合。示例性的，光斑直径可以为0.06mm、0.06 5mm、0.07mm、0.072mm、0.075mm或0.08mm。加工层的层厚可以为10μm、13μm、16μm、20μm、22μm、25μm或30μm。激光功率可以为160W、165W、170W、175W或180W。

在实际应用中，可以根据金属粉末的粒径调节激光功率。例如，金属粉末的粒径为25μm～38μm，激光选区熔化工艺的激光功率为160W。金属粉末的粒径为38μm～45μm，激光选区熔化工艺的激光功率为165W。金属粉末的粒径为45μm～75μm，激光选区熔化工艺的激光功率为170W。金属粉末的粒径为75μm～100μm，激光选区熔化工艺的激光功率为180W。此时，对于粒径较大的金属粉末，采用激光功率较大的激光束进行加工，从而提高加工效率和融熔效果；对于粒径较小的金属粉末，在确保有效融熔的情况下，选择激光功率较小的激光束进行加工，从而可以节约能源。基于此，可以根据金属粉末的粒径，选择相适应的激光功率的激光束，在确保金属粉末有效融熔的情况下，合理分配能源。在实际应用中，金属粉末的粒径可以通过筛分来控制。例如，金属粉末在被行星球磨机混合前，可以先经过筛分处理，剔除较大颗粒的金属粉末。

当激光的扫描速度为900mm/s～1200mm/s时，在避免过度熔化的情况下，可以确保激光束在金属粉末上具有足够的停留时间，使得单位熔池内的金属粉末具有足够的融熔时间，确保金属粉末能够有效融熔。当激光按照0.08mm～0.11mm的扫描线间距扫描时，可以确保相邻的扫描线之间没有遗漏的金属粉末，进而确保所有金属粉末能够有效熔化。示例性的，激光的扫描速度可以为900mm/s、950mm/s、980mm/s、1000mm/s、1100mm/s、1150mm/s或1200mm/s。扫描线间距可以为0.08mm、0.09mm、0.095mm、0.10mm、0.105mm或0.11mm。

应理解，上述光斑直径、激光功率、扫描速度和扫描线间距可以通过调控光束单元进行控制。例如，通过控制激光器，从而产生光斑直径和激光功率符合要求的激光。扫描速度和扫描线间距可以通过控制扫描振镜的运动速度、运动轨迹，实现对激光扫描速度和扫描线间距的控制。加工层的层厚可以通过控制金属粉末的厚度来调控。

利用激光选区熔化工艺成型的高熵合金构件的微观结构与金属粉末中包括Al、Co、Cr、Fe以及Ni的原子比有关联。当0＜a≤0.5时，所制作的高熵合金构件具有面心结构固溶体；当0.5＜a≤0.8时，所制作的高熵合金构件具有面心结构固溶体和体心结构固溶体；当0.8＜a≤1.2时，所制作的高熵合金构件具有体心结构固溶体。面心结构固溶体，是指固溶体中的晶胞为面心立方晶格的晶胞。该晶胞是一个立方体，立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。体心结构固溶体，是指固溶体中的晶胞为体心立方晶格的晶胞。该晶胞中，八个原子处于立方体的角上，一个原子处于立方体的中心，角上八个原子与中心原子紧靠。此时，具有面心结构固溶体的高熵合金构件具有高的塑性变形能力，有利于切削加工。具有体心结构固溶体的高熵合金构件具有高的高温强度和加工硬化性能。具有面心结构固溶体和体心结构固溶体的高熵合金构件具有高硬度和耐回火软化特性。在实际应用中，可以根据性能需要调整金属粉末的原子比，从而获得相应的高性能高熵合金构件。还可以通过调控金属粉末的原子比，以实现高熵合金构件单相和双相的转变。在实际应用中，可以通过控制步骤S200中，金属粉末的混合时的原子比，控制Al的含量。

上述激光选区熔化工艺的参数，可以在控制设备中进行设定。例如，用Magic软件对高熵合金构件的三维模型进行切片处理，并将高熵合金构件的三维模型切片程序以sti格式导入控制设备中，然后调整光斑直径、激光功率、扫描速度、扫描线间距等参数。

步骤S500：利用负压抽除基板上未熔的金属粉末。在步骤S300中，铺粉设备在基板上整层铺粉，在步骤S400中，激光选择性的熔化金属粉末层中的部分金属粉末，使得每层加工中，都会有剩余的，未被激光熔化的金属粉末。当高熵合金构件成型后，需要将这些多余的金属粉末抽取。具体实施时，可以利用负压收集装置抽除这些金属粉末。

步骤S500：将高熵合金构件从基板上切割分离，然后喷砂打磨处理高熵合金构件。由于激光选区熔化工艺为净成形加工工艺，无需打印后的机加工处理，进行打磨即可，简化工艺，节约成本。

综上可知：采用激光选区熔化工艺成型高熵合金构件的过程中，按原子比例混合的金属粉末被平推铺设到基板上，高能激光束快速高效熔化金属粉末并快速凝固成型。由于按原子比例混合的金属粉末被平推铺设到基板上，因此，可以避免利用气流等载体输送金属粉末的过程中，金属粉末中各组分在重力作用下发生偏析的问题。高能激光束使金属粉末快速高效熔化并快速凝固，一方面可以在快速凝固的非平衡溶质截留效应的作用下，使金属粉末熔融形成的金属液中的原子出现再分布的现象，从而通过原子扩散运动促使金属液中的各组分原子在微熔池内混合，削弱偏析现象。另一方面，金属粉末快速高效熔化并快速凝固，可以在快速凝固的非平衡效应作用下使成型的高熵合金构件组织细化，使得高熵合金构件具有较小的晶粒度和较高的组织致密度。当高熵合金构件的晶粒度较小时，出现偏析的晶粒对整体高熵合金构件的影响很小，此时，偏析现象可以忽略。由大量晶粒构成的高熵合金构件，偏析现象成点状分布在各个晶粒内，从整体上来看，高熵合金构件成分均匀分布，可以避免成分偏析问题。

另外，激光选区熔化工艺成型高熵合金构件时，加工层的层厚为微米级，高能激光束在微米级层厚的金属粉末层上形成较小的微熔池。与传统的铸造工艺、冶金工艺制作高熵合金构件时，形成的较大尺寸的熔池相比，尺寸较小的微熔池可以避免组分聚集导致的偏析和成分不均匀的问题。并且，在高能激光束的热能冲击下，可以促使熔池内的各组分均匀混合，从而削弱偏析现象。

为了验证本发明实施例提供的高熵合金构件的性能，以高熵合金多孔结构件为例，用实施例和对比例相互比较的方式进行说明。

实施例一

本实施例提供的高熵合金构件的制作方法，具体如下所述：

第一步，提供天津镭铭激光科技有限公司的LM-X150A设备，并抽真空，充入氩气，预热基板至80℃。

第二步，利用行星球磨机混合金属粉末，并用真空干燥箱烘干处理。金属粉末包括原子比为0.3：1：1：1：1的Al、Co、Cr、Fe以及Ni。金属粉末的粒径为25μm～38μm。

行星球磨机的转速为100r/min，行星球磨机混合金属粉末的时间为1h。烘干处理的温度为60℃，烘干处理的时间为4h。

第三步，将金属粉末装入LM-X150A设备的粉料仓，并将金属粉末铺设到基板上。

第四步，利用激光选择性熔化基板上的金属粉末。层层铺粉，层层熔化，获得高熵合金构件。光斑直径为0.06mm、激光功率为160W，扫描速度为900mm/s，扫描线间距为0.08mm，加工层的层厚为10μm。

第五步，利用负压抽除基板上及内孔构件中未熔的金属粉末。

第六步，将高熵合金构件从基板上切割分离，然后喷砂打磨处理高熵合金构件。

为了进一步探究不同粒径的金属粉末对高熵合金构件的影响，采用不同粒径的金属粉末制作高熵合金构件，具体为：采用粒径为25μm以下的金属粉末，在激光功率为160W的条件下制作高熵合金构件，制作过程的其他步骤与实施例一的上述制作方法相同。采用粒径为38μm～45μm的金属粉末，在激光功率为165W的条件下制作高熵合金构件，制作过程的其他步骤与实施例一的上述制作方法相同。采用粒径为45μm～75μm的金属粉末，在激光功率为170W的条件下制作高熵合金构件，制作过程的其他步骤与实施例一的上述制作方法相同。采用粒径为75μm～150μm的金属粉末，在激光功率为180W的条件下制作高熵合金构件，制作过程的其他步骤与实施例一的上述制作方法相同。

实施例二

本实施例提供的高熵合金构件的制作方法，具体如下所述：

第一步，提供天津镭铭激光科技有限公司的LM-X150A设备，并抽真空，充入氩气，预热基板至200℃。

第二步，利用行星球磨机混合金属粉末，并用真空干燥箱烘干处理。金属粉末包括原子比为1.2：1：1：1：1的Al、Co、Cr、Fe以及Ni。金属粉末的粒径为75μm～100μm。

行星球磨机的转速为400r/min，行星球磨机混合金属粉末的时间为3h。烘干处理的温度为80℃，烘干处理的时间为8h。

第三步，将金属粉末装入LM-X150A设备的粉料仓，并将金属粉末铺设到基板上。

第四步，利用激光选择性熔化基板上的金属粉末。层层铺粉，层层熔化，获得高熵合金构件。光斑直径为0.08mm、激光功率为180W，扫描速度为1200mm/s，扫描线间距为0.11mm，加工层的层厚为30μm。

第五步，利用负压抽除基板上及内孔构件中未熔的金属粉末。

第六步，将高熵合金构件从基板上切割分离，然后喷砂打磨处理高熵合金构件。

实施例三

本实施例提供的高熵合金构件的制作方法，具体如下所述：

第一步，提供天津镭铭激光科技有限公司的LM-X150A设备，并抽真空，充入氩气，预热基板至140℃。

第二步，利用行星球磨机混合金属粉末，并用真空干燥箱烘干处理。金属粉末包括原子比为0.6：1：1：1：1的Al、Co、Cr、Fe以及Ni。金属粉末的粒径为45μm～75μm。

行星球磨机的转速为300r/min，行星球磨机混合金属粉末的时间为2h。烘干处理的温度为70℃，烘干处理的时间为5h。

第三步，将金属粉末装入LM-X150A设备的粉料仓，并将金属粉末铺设到基板上。

第四步，利用激光选择性熔化基板上的金属粉末。层层铺粉，层层熔化，获得高熵合金构件。光斑直径为0.07mm、激光功率为170W，扫描速度为1000mm/s，扫描线间距为0.095mm，加工层的层厚为20μm。

第五步，利用负压抽除基板上及内孔构件中未熔的金属粉末。

第六步，将高熵合金构件从基板上切割分离，然后喷砂打磨处理高熵合金构件。

为了进一步探究不同粒径的金属粉末对高熵合金构件的影响，采用不同粒径的金属粉末制作高熵合金构件，具体为：采用粒径为25μm以下的金属粉末，在激光功率为160W的条件下制作高熵合金构件，制作过程的其他步骤与实施例三的上述制作方法相同。采用粒径为25μm～38μm的金属粉末，在激光功率为160W的条件下制作高熵合金构件，制作过程的其他步骤与实施例三的上述制作方法相同。采用粒径为38μm～45μm的金属粉末，在激光功率为165W的条件下制作高熵合金构件，制作过程的其他步骤与实施例三的上述制作方法相同。采用粒径为75μm～150μm的金属粉末，在激光功率为180W的条件下制作高熵合金构件，制作过程的其他步骤与实施例三的上述制作方法相同。

实施例四

本实施例提供的高熵合金构件的制作方法，具体如下所述：

第一步，提供天津镭铭激光科技有限公司的LM-X150A设备，并抽真空，充入氩气，预热基板至100℃。

第二步，利用行星球磨机混合金属粉末，并用真空干燥箱烘干处理。金属粉末包括原子比为1.0：1：1：1：1的Al、Co、Cr、Fe以及Ni。金属粉末的粒径为38μm～45μm。

行星球磨机的转速为200r/min，行星球磨机混合金属粉末的时间为1.5h。烘干处理的温度为65℃，烘干处理的时间为4.5h。

第三步，将金属粉末装入LM-X150A设备的粉料仓，并将金属粉末铺设到基板上。

第四步，利用激光选择性熔化基板上的金属粉末。层层铺粉，层层熔化，获得高熵合金构件。光斑直径为0.065mm、激光功率为165W，扫描速度为950mm/s，扫描线间距为0.09mm，加工层的层厚为10μm。

第五步，利用负压抽除基板上及内孔构件中未熔的金属粉末。

第六步，将高熵合金构件从基板上切割分离，然后喷砂打磨处理高熵合金构件。

为了进一步探究不同粒径的金属粉末对高熵合金构件的影响，采用不同粒径的金属粉末制作高熵合金构件，具体为：采用粒径为25μm以下的金属粉末，在激光功率为160W的条件下制作高熵合金构件，制作过程的其他步骤与实施例四的上述制作方法相同。采用粒径为25μm～38μm的金属粉末，在激光功率为160W的条件下制作高熵合金构件，制作过程的其他步骤与实施例四的上述制作方法相同。采用粒径为45μm～75μm的金属粉末，在激光功率为170W的条件下制作高熵合金构件，制作过程的其他步骤与实施例四的上述制作方法相同。采用粒径为75μm～150μm的金属粉末，在激光功率为180W的条件下制作高熵合金构件，制作过程的其他步骤与实施例四的上述制作方法相同。

实施例五

本实施例提供的高熵合金构件的制作方法，具体如下所述：

第一步，提供天津镭铭激光科技有限公司的LM-X150A设备，并抽真空，充入氩气，预热基板至180℃。

第二步，利用行星球磨机混合金属粉末，并用真空干燥箱烘干处理。金属粉末包括原子比为0.5：1：1：1：1的Al、Co、Cr、Fe以及Ni。金属粉末的粒径为25μm～38μm。

行星球磨机的转速为350r/min，行星球磨机混合金属粉末的时间为2.5h。烘干处理的温度为75℃，烘干处理的时间为7h。

第三步，将金属粉末装入LM-X150A设备的粉料仓，并将金属粉末铺设到基板上。

第四步，利用激光选择性熔化基板上的金属粉末。层层铺粉，层层熔化，获得高熵合金构件。光斑直径为0.075mm、激光功率为160W，扫描速度为1100mm/s，扫描线间距为0.10mm，加工层的层厚为20μm。

第五步，利用负压抽除基板上及内孔构件中未熔的金属粉末。

第六步，将高熵合金构件从基板上切割分离，然后喷砂打磨处理高熵合金构件。

对比一

采用真空熔炼法制作高熵合金构件。

对比例二

采用粉末冶金法制作高熵合金构件。

为了进一步说明上述实施例和对比例所制作的高熵合金构件的微观组织结构和性能，对实施例一、实施例三、实施例四所制作的高熵合金构件进行X射线衍射，获得衍射图谱，分析其晶体结构。

实施例一制作的高熵合金构件如图1中a所示，该高熵合金构件的X射线衍射图(XRD图)如图2所示。由图2可知，当金属粉末的原子比例中a为0.3时，高熵合金构件具有面心立方体晶胞，也就是说高熵合金构件具有面心结构固溶体。

实施例二制作的高熵合金构件如图1中b所示。

实施例三制作的高熵合金构件如图1中c所示，该高熵合金构件的XRD图如图3所示。由图3可知，当金属粉末的原子比例中a为0.6时，高熵合金构件具有面心立方体晶胞和体心立方体晶胞，也就是说，高熵合金构件具有面心结构固溶体和体心结构固溶体。

实施例四制作的高熵合金构件的XRD图如图4所示。由图4可知，当金属粉末的原子比例中a为1.0时，高熵合金构件具有体心立方体晶胞，高熵合金构件具有体心结构固溶体。

本发明实施例提供的高熵合金构件与对比例制作的高熵合金构件的性能对比见表1。

表1不同方法制作的高熵合金构件的性能对比表

由表1可知，本发明实施例提供的高熵合金构件在常温下的压缩断裂强度、硬度、压缩屈服强度和压缩形变率等参数均优于对比例一和对比例二制作的高熵合金构件，可见，采用本发明实施例提供的方法制作高熵合金构件可以克服高熵合金成分偏析的问题，从而制作出性能优异的高熵合金构件。并且，利用本发明实施例提供的高熵合金构件的制作方法可以，快速、高质量的制作点阵构件、三维多孔构件、镂空构件或中空流道构件等复杂结构构件。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高熵合金构件的制作方法，其特征在于，包括：

提供一基板；

在所述基板上铺设金属粉末，所述金属粉末包括原子比为a：b：c：d：e的Al、Co、Cr、Fe以及Ni，0＜a≤1.2，b＝c＝d＝e＝1；

采用激光选区熔化工艺对所述金属粉末进行熔化成型处理，获得高熵合金构件。

2.根据权利要求1所述的高熵合金构件的制作方法，其特征在于，当0＜a≤0.5，所述高熵合金构件具有面心结构固溶体；

当0.5＜a≤0.8，所述高熵合金构件具有面心结构固溶体和体心结构固溶体；

当0.8＜a≤1.2，所述高熵合金构件具有体心结构固溶体。

3.根据权利要求1所述的高熵合金构件的制作方法，其特征在于，所述激光选区熔化工艺的工艺参数中，光斑直径为0.06mm～0.08mm、激光功率为160W～180W，加工层的层厚为10μm～30μm。

4.根据权利要求1所述的高熵合金构件的制作方法，其特征在于，所述激光选区熔化工艺的工艺参数中，扫描速度为900mm/s～1200mm/s，扫描线间距为0.08mm～0.11mm，基板预热温度为80℃～200℃，加工气氛为惰性气体气氛。

5.根据权利要求1～4任一项所述的高熵合金构件的制作方法，其特征在于，所述金属粉末的粒径为25μm～38μm，所述激光选区熔化工艺的激光功率为160W，或，

所述金属粉末的粒径为38μm～45μm，所述激光选区熔化工艺的激光功率为165W，或，

所述金属粉末的粒径为45μm～75μm，所述激光选区熔化工艺的激光功率为170W，或，

所述金属粉末的粒径为75μm～100μm，所述激光选区熔化工艺的激光功率为180W。

6.根据权利要求1～4任一项所述的高熵合金构件的制作方法，其特征在于，在所述基板上铺设金属粉末之前，所述高熵合金构件的制作方法还包括：利用行星球磨机混合金属粉末，并烘干处理；其中，

所述行星球磨机的转速为100r/min～400r/min，所述烘干处理的温度为60℃～80℃，所述烘干处理的时间为4h～8h。

7.根据权利要求1～4任一项所述的高熵合金构件的制作方法，其特征在于，在采用激光选区熔化工艺对所述金属粉末进行熔化成型处理，获得高熵合金构件后，所述高熵合金构件的制作方法还包括：

利用负压抽除所述基板上未熔的金属粉末。

8.根据权利要求1～4任一项所述的高熵合金构件的制作方法，其特征在于，在采用激光选区熔化工艺对所述金属粉末进行熔化成型处理，获得高熵合金构件后，所述高熵合金构件的制作方法还包括：

将所述高熵合金构件从所述基板上切割分离，然后喷砂打磨处理所述高熵合金构件。

9.根据权利要求1所述的高熵合金构件的制作方法，其特征在于，所述高熵合金构件为点阵构件、三维多孔构件、镂空构件或中空流道构件。

10.一种高熵合金构件，其特征在于，所述高熵合金构件采用权利要求1～9任一项所述的高熵合金构件的制作方法制作。

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