CN113976898A - 一种用于3d打印的高熵合金粉末及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于3D打印的高熵合金粉末，包括以下按照重量份数配比的原料：Ta：15份‑25份，Cu：8份‑15份，Ni：10份‑20份，Mo：5份‑10份，Fe：16‑24份，Si：5份‑8份。本发明还公开了一种用于3D打印的高熵合金粉末的制备方法，包括以下步骤：球磨、干燥、真空熔炼、净化熔体以及雾化制粉。本发明制备的高熵合金粉末由Ta、Cu、Ni、Mo、Fe以及Si制备而成，使得制备的材料具有耐磨性佳、高韧性、耐高温性能佳、抗氧化性能佳以及化学稳定性佳的优点，同时使得材料在兼顾高强度的同时还能保证韧性。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及到一种用于3D打印的高熵合金粉末及其制备方法。
背景技术
随着航空航天、先进机动车等高技术产业的快速发展，材料制备技术的不断更新，人们对材料性能提出了更高的要求，传统的材料已不能满足现役复杂的工况需求。为此，研究人员不断探索和突破合金的化学成分范围，寻找性能优异的新型金属结构材料。
高熵合金简称HEA，是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。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，是一种新的材料。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。高熵合金具有五大效应：高熵效应﹑缓慢扩散效应、严重晶格畸变效应、鸡尾酒效应和高温稳定效应。
3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
3D打印金属粉末材料主要包括钴铬合金、铁基高温合金、钛合金和铝合金等。3D打印不仅对金属粉末材料的粒度分布、松装密度、氧含量、流动性等性能有非常苛刻的要求，而且金属粉末的合金成分、固-液界面能、固相生长情况以及烧结金属粉末的凝固过程和致密化的机理等因素都影响着最终产品的显微组织。
文献《高熵合金特性和力学性能的研究进展》中公开了提高合金的力学性能有两个方法，他们分别为：一是改变合金体系中的元素组成，制备出新的具有优异性能的合金；二是改变合金体系中主元的含量,研究其对合金形成及性能的影响。
现有技术中，传统材料的韧性以及强度已经不能满足人们的需求了，并且这些材料很难在兼顾强度的同时保证韧性，人们需要具备强度以及韧性更佳的材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于3D打印的高熵合金粉末及其制备方法，用于解决现有技术中传统材料的韧性以及强度不能满足人们的需求，并且这些材料很难在兼顾强度的同时保证韧性的问题。
为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种用于3D打印的高熵合金粉末及其制备方法，包括以下按照重量份数配比的原料：
Ta：15份-25份，Cu：8份-15份，Ni：10份-20份，
Mo：5份-10份，Fe：16-24份，Si：5份-8份。
本发明优选的方案之一，用于3D打印的高熵合金粉末包括以下按重量份数配比的原料：Ta：17份-23份，Cu：10份-13份，Ni：13份-17份，Mo：6份-8份，Fe：19-22份，Si：6份-8份。
本发明优选的方案之一，Ta、Cu、Ni、Mo、Fe以及Si的原料纯度≥99.99％。
基于本发明公开的一种用于3D打印的高熵合金粉末，本发明还公开了一种用于3D打印的高熵合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)球磨：按照重量份数称取原料，将各原料放入装有无水乙醇的球磨机中进行球磨，得到混合粉料；
步骤(2)干燥：将球磨后的粉料放入干燥箱中进行干燥，干燥后的粉末过筛；
步骤(3)真空熔炼：将经过干燥过筛后的粉末进行真空感应熔炼，得到熔体；
步骤(4)净化熔体：对熔体进行净化处理；
步骤(5)雾化制粉：将净化好的熔体进行气雾化，得到高熵合金粉末。
本发明优选的方案之一，步骤(1)中，球磨的转速为300r/min-450r/min，球磨的时间为150h-250h，球料比为5-15:1。
本发明优选的方案之一，步骤(2)中，干燥的温度为60℃-80℃，干燥时间为2h-3h，过筛的筛目为450目。
本发明优选的方案之一，步骤(3)中，真空度为30Pa-100Pa，熔炼功率为160KW-180KW，熔炼时间为0.5h-1.5h。
本发明优选的方案之一，步骤(4)中，将熔体倒入中间包坩埚内进行净化处理。
本发明优选的方案之一，步骤(5)中，高熵合金粉末的粒径为5μm-20μm。
综上所述，本发明的有益效果为：
1、本发明的高熵合金粉末由Ta、Cu、Ni、Mo、Fe以及Si制备而成，使得制备的材料具有耐磨性佳、高韧性、耐高温性能佳、抗氧化性能佳以及化学稳定性佳的优点，同时使得材料在兼顾高强度的同时还能保证韧性。
2、本发明的高熵合金粉末通过熔炼法和雾化法的结合制备而成，雾化法使得制备的高熵合金粉末的粒径更小，并且每个颗粒不仅具有与既定熔融合金完全相同的均匀化学成分，而且由于快速凝固作用而细化了结晶结构，消除了第二相的宏观偏析。
具体实施方式
实施例1
一种用于3D打印的高熵合金粉末及其制备方法，包括以下按照重量份数配比的原料：Ta：20份，Cu：11.5份，Ni：15份，Mo：7.5份，Fe：20份，Si：6.5份；
其中，Ta、Cu、Ni、Mo、Fe以及Si的原料纯度≥99.99％。
一种用于3D打印的高熵合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)球磨：按照重量份数准确称取各原料，将称取好的原料放入装有少量无水乙醇的球磨机中，按照球磨速度370r/min、球磨时间200h进行球磨，球料比为10:1，球磨后得到混合粉料；
步骤(2)干燥：将球磨后的粉料放入干燥箱中进行干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为2.5h，干燥后的粉末过450目筛；
步骤(3)真空熔炼：将经过干燥过筛后的粉末放入真空熔炼炉中进行熔炼，抽真空，使得真空度为65Pa，然后通入氩气在氩气压力为300Pa保护气氛下进行熔炼，熔炼功率为170KW，熔炼时间为1h，得到熔体；
步骤(4)净化熔体：将熔体倒入中间包坩埚内进行净化处理，目的是脱硫、脱磷；
步骤(5)雾化制粉：将净化好的熔体放入雾化设备中进行雾化，得到高熵合金粉末，高熵合金粉末的粒径为5μm-20μm。
实施例2
一种用于3D打印的高熵合金粉末及其制备方法，包括以下按照重量份数配比的原料：Ta：17份，Cu：13份，Ni：17份，Mo：8份，Fe：19份，Si：6份；
其中，Ta、Cu、Ni、Mo、Fe以及Si的原料纯度≥99.99％。
一种用于3D打印的高熵合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)球磨：按照重量份数准确称取各原料，将称取好的原料放入装有少量无水乙醇的球磨机中，按照球磨速度300r/min、球磨时间150h进行球磨，球料比为5:1，球磨后得到混合粉料；
步骤(2)干燥：将球磨后的粉料放入干燥箱中进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为2h，干燥后的粉末过450目筛；
步骤(3)真空熔炼：将经过干燥过筛后的粉末放入真空熔炼炉中进行熔炼，抽真空，使得真空度为100Pa，然后通入氩气在氩气压力为300Pa保护气氛下进行熔炼，熔炼功率为160KW，熔炼时间为0.5h，得到熔体；
步骤(4)净化熔体：将熔体倒入中间包坩埚内进行净化处理，目的是脱硫、脱磷；
步骤(5)雾化制粉：将净化好的熔体放入雾化设备中进行雾化，得到高熵合金粉末，高熵合金粉末的粒径为5μm-20μm。
实施例3
一种用于3D打印的高熵合金粉末及其制备方法，包括以下按照重量份数配比的原料：Ta：23份，Cu：10份，Ni：13份，Mo：6份，Fe：22份，Si：8份；
其中，Ta、Cu、Ni、Mo、Fe以及Si的原料纯度≥99.99％。
一种用于3D打印的高熵合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)球磨：按照重量份数准确称取各原料，将称取好的原料放入装有少量无水乙醇的球磨机中，按照球磨速度450r/min、球磨时间250h进行球磨，球料比为15:1，球磨后得到混合粉料；
步骤(2)干燥：将球磨后的粉料放入干燥箱中进行干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为3h，干燥后的粉末过450目筛；
步骤(3)真空熔炼：将经过干燥过筛后的粉末放入真空熔炼炉中进行熔炼，抽真空，使得真空度为30Pa，然后通入氩气在氩气压力为300Pa保护气氛下进行熔炼，熔炼功率为180KW，熔炼时间为1.5h，得到熔体；
步骤(4)净化熔体：将熔体倒入中间包坩埚内进行净化处理，目的是脱硫、脱磷；
步骤(5)雾化制粉：将净化好的熔体放入雾化设备中进行雾化，得到高熵合金粉末，高熵合金粉末的粒径为5μm-20μm。
实施例4
一种用于3D打印的高熵合金粉末及其制备方法，包括以下按照重量份数配比的原料：Ta：15份，Cu：8份，Ni：20份，Mo：5份，Fe：24份，Si：7份；
其中，Ta、Cu、Ni、Mo、Fe以及Si的原料纯度≥99.99％。
一种用于3D打印的高熵合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)球磨：按照重量份数准确称取各原料，将称取好的原料放入装有少量无水乙醇的球磨机中，按照球磨速度400r/min、球磨时间220h进行球磨，球料比为7:1，球磨后得到混合粉料；
步骤(2)干燥：将球磨后的粉料放入干燥箱中进行干燥，干燥温度为75℃，干燥时间为3h，干燥后的粉末过450目筛；
步骤(3)真空熔炼：将经过干燥过筛后的粉末放入真空熔炼炉中进行熔炼，抽真空，使得真空度为90Pa，然后通入氩气在氩气压力为300Pa保护气氛下进行熔炼，熔炼功率为170KW，熔炼时间为1.5h，得到熔体；
步骤(4)净化熔体：将熔体倒入中间包坩埚内进行净化处理，目的是脱硫、脱磷；
步骤(5)雾化制粉：将净化好的熔体放入雾化设备中进行雾化，得到高熵合金粉末，高熵合金粉末的粒径为5μm-20μm。
实施例5
一种用于3D打印的高熵合金粉末及其制备方法，包括以下按照重量份数配比的原料：Ta：25份，Cu：15份，Ni：10份，Mo：10份，Fe：16份，Si：5份；
其中，Ta、Cu、Ni、Mo、Fe以及Si的原料纯度≥99.99％。
一种用于3D打印的高熵合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)球磨：按照重量份数准确称取各原料，将称取好的原料放入装有少量无水乙醇的球磨机中，按照球磨速度320r/min、球磨时间220h进行球磨，球料比为12:1，球磨后得到混合粉料；
步骤(2)干燥：将球磨后的粉料放入干燥箱中进行干燥，干燥温度为75℃，干燥时间为2h，干燥后的粉末过450目筛；
步骤(3)真空熔炼：将经过干燥过筛后的粉末放入真空熔炼炉中进行熔炼，抽真空，使得真空度为80Pa，然后通入氩气在氩气压力为300Pa保护气氛下进行熔炼，熔炼功率为160KW，熔炼时间为1.5h，得到熔体；
步骤(4)净化熔体：将熔体倒入中间包坩埚内进行净化处理，目的是脱硫、脱磷；
步骤(5)雾化制粉：将净化好的熔体放入雾化设备中进行雾化，得到高熵合金粉末，高熵合金粉末的粒径为5μm-20μm。
综上所述，本发明制备的高熵合金粉末由Ta、Cu、Ni、Mo、Fe以及Si制备而成，使得制备的材料具有耐磨性佳、高韧性、耐高温性能佳、抗氧化性能佳以及化学稳定性佳的优点，同时使得材料在兼顾高强度的同时还能保证韧性。本发明的高熵合金粉末通过熔炼法和雾化法的结合制备而成，雾化法使得制备的高熵合金粉末的粒径更小，成分更均匀。
Claims (9)
1.一种用于3D打印的高熵合金粉末，其特征在于，包括以下按照重量份数配比的原料：
Ta：15份-25份，Cu：8份-15份，Ni：10份-20份，
Mo：5份-10份，Fe：16-24份，Si：5份-8份。
2.如权利要求1所述的用于3D打印的高熵合金粉末，其特征在于：所述用于3D打印的高熵合金粉末包括以下按重量份数配比的原料：Ta：17份-23份，Cu：10份-13份，Ni：13份-17份，Mo：6份-8份，Fe：19-22份，Si：6份-8份。
3.如权利要求1所述的用于3D打印的高熵合金粉末，其特征在于：所述Ta、Cu、Ni、Mo、Fe以及Si的原料纯度≥99.99％。
4.一种用于3D打印的高熵合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)球磨：按照重量份数称取原料，将各原料放入装有无水乙醇的球磨机中进行球磨，得到混合粉料；
步骤(2)干燥：将球磨后的粉料放入干燥箱中进行干燥，干燥后的粉末过筛；
步骤(3)真空熔炼：将经过干燥过筛后的粉末进行真空感应熔炼，得到熔体；
步骤(4)净化熔体：对熔体进行净化处理；
步骤(5)雾化制粉：将净化好的熔体进行气雾化，得到高熵合金粉末。
5.如权利要求4所述的用于3D打印的高熵合金粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，球磨的转速为300r/min-450r/min，球磨的时间为150h-250h，球料比为5-15:1。
6.如权利要求4所述的用于3D打印的高熵合金粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，干燥的温度为60℃-80℃，干燥时间为2h-3h，过筛的筛目为450目。
7.如权利要求4所述的用于3D打印的高熵合金粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，真空度为30Pa-100Pa，熔炼功率为160KW-180KW，熔炼时间为0.5h-1.5h。
8.如权利要求4所述的用于3D打印的高熵合金粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，将熔体倒入中间包坩埚内进行净化处理。
9.如权利要求4所述的用于3D打印的高熵合金粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，高熵合金粉末的粒径为5μm-20μm。
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2021
- 2021-10-29 CN CN202111271155.5A patent/CN113976898A/zh active Pending
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