CN115537627B - 一种抗疲劳中熵合金及其制备方法 - Google Patents

一种抗疲劳中熵合金及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115537627B
CN115537627B CN202211134845.0A CN202211134845A CN115537627B CN 115537627 B CN115537627 B CN 115537627B CN 202211134845 A CN202211134845 A CN 202211134845A CN 115537627 B CN115537627 B CN 115537627B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
entropy alloy
fatigue
medium
treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211134845.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115537627A (zh
Inventor
张显程
姚宁
陆体文
涂善东
陈曦宇
谢煜
孙彬涵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China University of Science and Technology
Original Assignee
East China University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China University of Science and Technology filed Critical East China University of Science and Technology
Priority to CN202211134845.0A priority Critical patent/CN115537627B/zh
Publication of CN115537627A publication Critical patent/CN115537627A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115537627B publication Critical patent/CN115537627B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/66—Treatment of workpieces or articles after build-up by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0433—Nickel- or cobalt-based alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C2200/00—Crystalline structure
    • C22C2200/04—Nanocrystalline
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种抗疲劳中熵合金及其制备方法。本发明在中熵合金中加入适量的Al、Ti元素，Al、Ti元素和Ni元素能够形成与单相FCC结构共格的L12型析出相，Al、Ti更倾向于占据晶格的顶点，Ni则占据面心，L12型析出相能阻碍位错的运动，而且共格的析出相的界面不会引起严重的应力/应变集中，因此对塑性的损伤也较少，在保证良好的塑性的同时提升中熵合金材料的强度，进而提升中熵合金的抗疲劳性能。

Description

一种抗疲劳中熵合金及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种抗疲劳中熵合金及其制备方法。
背景技术
中熵合金又可以称为多主元合金，不像传统合金以一种或两种大量的金属元素作为基体，再加入其他微量元素来调控合金性能，多主元合金是由多种等量或大约等量的金属元素所形成的合金，因此易于形成“超级固溶体”。相比于其他面心立方结构合金，中熵合金具更优异的低温性能。然而对于工程应用来说，这些单相FCC结构的中熵合金强度过低，尤其是屈服强度，从而导致其疲劳极限强度也受限。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抗疲劳中熵合金及其制备方法，本发明提供的中熵合金具有优异的强度和强塑性，从而具有优异的抗疲劳性能。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种抗疲劳中熵合金，其化学组成为CoxMyNiz(AlTi)1-x-y-z，其中，M包括Cr或Fe，
x、y、z独立为0.25～0.35，
1-x-y-z为0.06～0.12。
本发明还提供了上述技术方案所述抗疲劳中熵合金的制备方法，包括以下步骤：
按照所述中熵合金的化学组成，将粉状金属合金进行3D打印，得到块状合金；
将所述块状合金切割所得合金板材依次进行双面超声滚压处理、固溶处理和时效处理，得到抗疲劳中熵合金。
优选的，所述粉状金属合金的制备方法为将所述中熵合金中各元素所对应的金属单质混合，进行雾化喷射成形，得到粉状金属合金。
优选的，所述粉状金属合金的粒径为30～70μm。
优选的，所述3D打印的设备为SLM原位高速成像系统；所述SLM原位高速成像系统的参数：光斑半径为20～60μm，道次间距为40～120μm，粉层厚度为20～50μm，激光功率为140～190W，扫描速度为400～1400mm/s。
优选的，所述合金板材的厚度为1.2～1.6mm。
优选的，所述双面超声滚压处理的参数：超声滚压头的静态压力为200～700N，进给速度为1000～2000mm/min，加工遍数为15～40遍，超声频率为16～20kHz，变幅杆的振幅为4～10μm。
优选的，所述固溶处理的温度为900～1100℃，保温时间为2～20min。
优选的，所述时效处理的温度为650～800℃，保温时间为0.5～3h。
优选的，进行3D打印前，还包括：将所述粉状金属合金进行真空干燥；所述真空干燥的温度为60～90℃，时间为2～3h。
本发明提供了一种抗疲劳中熵合金，其化学组成为CoxMyNiz(AlTi)1-x-y-z，其中，M包括Cr或Fe，x、y、z独立为0.25～0.35，1-x-y-z为0.06～0.12。本发明在中熵合金中加入适量的Al、Ti元素，Al、Ti元素和Ni元素能够形成与单相FCC结构共格的L12型析出相，Al、Ti更倾向于占据晶格的顶点，Ni则占据面心，L12型析出相能阻碍位错的运动，而且共格的析出相的界面不会引起严重的应力/应变集中，因此对塑性的损伤也较少，在保证良好的塑性的同时提升中熵合金材料的强度，进而提升中熵合金的抗疲劳性能。
本发明还提供了抗疲劳中熵合金的制备方法，包括以下步骤：按照所述中熵合金的化学组成，将粉状金属合金进行3D打印，得到块状合金；将所述块状合金切割所得合金板材依次进行双面超声滚压处理、固溶处理和时效处理，得到抗疲劳中熵合金。本发明采用超声滚压对中熵合金进行强化处理，在中熵合金的表层到基体构建多级梯度纳米孪晶结构，包括晶粒尺寸、孪晶密度、位错密度和析出相密度在中熵合金表面区域与中间区域存在明显的梯度效应，在滚压过程中，中熵合金表层晶粒细化，形成从表层到基体有梯度的晶粒尺度，滚压过程中中熵合金表层到基体的应变是有梯度的，因此造成了有梯度的纳米孪晶结构和有梯度的位错密度，在后续的热处理(固溶处理和时效处理)中由于中熵合金表层变形较大，晶粒尺寸较小，容易发生再结晶以及析出反应，因此造成表层的析出相密度高于基体内部的析出相密度，从而形成析出相密度上的梯度结构；前述这种梯度纳米孪晶结构在变形过程中引入背应力强化效应，诱导很强的背应力来协同变形，以牺牲一部分延伸率为代价来提高材料的强度，从而可以改善中熵合金的低温力学性能，而且超声滚压的过程中能够使3D打印的中熵合金材料中的孔洞闭合，使大块的夹杂破裂成小块夹杂，通过孔洞数量和夹杂的尺寸来阻止表面疲劳裂纹的萌生，有效地提高中熵合金材料致密度和抗疲劳强度；此外，表面强化后进行热处理(固溶处理和时效处理)能够在中熵合金材料内部引入L12型共格析出相，靠近表层的晶粒由于得到细化，晶界含量增加，而析出相又更偏向于在晶界形核，因此析出相的密度也会产生一定的梯度，这些多级梯度结构共同作用，实现更强的背应力强化，达到更好的低温强塑性，从而提高材料的延伸率，而且更强的背应力强化使变形产生的位错回复一部分，也能恢复一定的加工硬化能力，从而提高其强度以及加工硬化能力，进而提高中熵合金的抗疲劳性能。
附图说明
图1为实施例1制备的抗疲劳中熵合金的微观组织的电子背散射衍射(EBSD)图；
图2为实施例1制备的抗疲劳中熵合金和对比例1制备的中熵合金的常低温力学性能对比图；
图3为实施例2制备的抗疲劳中熵合金和对比例2制备的中熵合金的常低温力学性能对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种抗疲劳中熵合金，其化学组成为CoxMyNiz(AlTi)1-x-y-z，其中，M包括Cr或Fe，
x、y、z独立为0.25～0.35，
1-x-y-z为0.06～0.12。
本发明提供了化学组成为CoxMyNiz(AlTi)1-x-y-z的抗疲劳中熵合金，其中，M包括Cr或Fe，优选为Cr；x、y、z独立为0.25～0.35，优选为0.3～0.34；1-x-y-z为0.06～0.12，优选为0.06～0.1。
在本发明实施例中，所述抗疲劳中熵合金的化学组成具体为Co0.3133Cr0.3134Ni0.3133(AlTi)0.06，Al和Ti的原子比为1:1或Co0.3Fe0.3Ni0.3(AlTi)0.1，Al和Ti的原子比为1:1。
在中熵合金中加入适量的Al、Ti元素，Al、Ti元素和Ni元素能够形成与单相FCC结构共格的L12型析出相，Al、Ti更倾向于占据晶格的顶点，Ni则占据面心，L12型析出相能阻碍位错的运动，而且共格的析出相的界面不会引起严重的应力/应变集中，因此对塑性的损伤也较少，在保证良好的塑性的同时提升中熵合金材料的强度。
本发明还提供了上述技术方案所述抗疲劳中熵合金的制备方法，包括以下步骤：
按照所述中熵合金的化学组成，将粉状金属合金进行3D打印，得到块状合金；
将所述块状合金切割所得合金板材依次进行双面超声滚压处理、固溶处理和时效处理，得到抗疲劳中熵合金。
如无特殊说明，本发明对所用制备原料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。
本发明按照所述中熵合金的化学组成，将粉状金属合金进行3D打印，得到块状合金。
在本发明中，所述粉状金属合金的制备方法优选为将所述中熵合金中各金属成分所对应的金属单质混合，进行雾化喷射成形，得到粉状金属合金。
在本发明中，所述金属单质包括钴单质、镉单质、镍单质、铝单质和钛单质，或钴单质、铁单质、镍单质、铝单质和钛单质；所述钴单质、镉单质、铁单质、镍单质、铝单质或钛单质的纯度均优选≥99.9％。
在本发明中，所述粉状金属合金的粒径优选为10～70μm，更优选为10～60μm。
本发明对所述雾化喷射成形的过程没有特殊限定，根据实际需要采用合适的雾化喷射成形过程得到上述粒径范围内的粉状金属合金即可。
本发明优选将所述雾化喷射成形所得粉状金属合金进行筛分；本发明对所述筛分的过程没有特殊限定，采用本领域熟知的筛分过程即可。
本发明利用雾化喷射成形技术制备粉状金属合金，保证粉状金属合金的粒径在后续3D打印过程所需粉状金属合金的粒径范围内，使粉状金属合金3D打印过程中具有良好的流动性，使得铺粉均匀，最终使3D打印合金材料具有良好的致密度，以此来提高合金的性能。如果粉状金属合金的粒径相差过大，会导致3D打印合金材料的致密度较低，性能较差。
进行3D打印前，本发明优选还包括：将所述粉状金属合金进行真空干燥；所述真空干燥的温度优选为60～90℃，更优选为65～80℃，时间优选为2～3h，更优选为2～2.5h，真空度优选为-0.1～-0.08MPa，更优选为-0.1～-0.09MPa。
在本发明中，所述3D打印的设备优选为SLM原位高速成像系统；所述SLM原位高速成像系统的参数：光斑半径优选为20～60μm，更优选为30～50μm，道次间距优选为40～120μm，更优选为50～100μm，粉层厚度优选为20～50μm，更优选为30～50μm，激光功率优选为140～190W，更优选为150～180W，扫描速度优选为400～1400mm/s，更优选为500～1200mm/s。
得到块状合金后，本发明将所述块状合金进行切割，得到合金板材。
在本发明中，所述合金板材的厚度优选为1.2～1.6mm，更优选为1.3～1.5mm。
本发明对所述切割的过程没有特殊限定，采用本领域熟知的切割过程即可。
得到合金板材后，本发明将所述合金板材进行双面超声滚压处理。
在本发明中，所述双面超声滚压处理的参数：超声滚压头的静态压力优选为200～700N，更优选为300～690N，进给速度优选为1000～2000mm/min，更优选为1200～1800mm/min，加工遍数优选为15～40遍，更优选为20～35遍，超声频率优选为16～20kHz，更优选为16～18kHz，变幅杆的振幅优选为4～10μm，更优选为5～8μm。
本发明采用的超声滚压是一种表面强化手段，能够有效地在中熵合金材料表层引入梯度纳米孪晶结构，通过晶粒尺寸不同造成的应变分配效应来强化中熵合金材料，以牺牲一部分延伸率的代价来提高中熵合金材料的强度和疲劳强度。除此之外，对于增材制造的中熵合金材料来说，超声滚压的过程中能够使中熵合金材料中的孔洞闭合，使大块的夹杂破裂成小块夹杂，总体上提高中熵合金材料的致密度，进而有效地提高材料的疲劳性能。
本发明通过超声滚压使中熵合金表面区域与中间区域存在明显的梯度效应多级梯度纳米孪晶结构，包括晶粒尺寸、孪晶密度、位错密度和析出相密度。中熵合金的表层到基体构建多级梯度纳米孪晶结构，包括晶粒尺寸、孪晶密度、位错密度和析出相密度在中熵合金表面区域与中间区域存在明显的梯度效应，在滚压过程中，中熵合金表层晶粒细化，形成从表层到基体有梯度的晶粒尺度，滚压过程中中熵合金表层到基体的应变是有梯度的，因此造成了有梯度的纳米孪晶结构和有梯度的位错密度，在后续的热处理(固溶处理和时效处理)中由于中熵合金表层变形较大，晶粒尺寸较小，容易发生再结晶以及析出反应，因此造成表层的析出相密度高于基体内部的析出相密度，从而形成析出相密度上的梯度结构。
所述双面超声滚压处理后，本发明将所述双面超声滚压处理后的合金板材进行固溶处理。
在本发明中，所述固溶处理的温度优选为900～1100℃，更优选为1000～1100℃，保温时间优选为2～20min，更优选为2～10min；所述固溶处理的设备优选为马弗炉。
所述固溶处理后，本发明优选将所述固溶处理后的合金板材进行水淬冷却。本发明对所述水淬冷却的过程没有特殊限定，采用本领域熟知的水淬冷却过程即可。
所述水淬冷却后，本发明将所述水淬冷却后的合金板材进行时效处理。
在本发明中，所述时效处理的温度优选为650～800℃，更优选为700～750℃，保温时间优选为0.5～3h，更优选为1～2h；所述固溶处理的设备优选为马弗炉。
所述时效处理后，本发明优选将所述时效处理后的合金板材进行空冷，得到抗疲劳中熵合金。
本发明对所述空冷的过程没有特殊限定，采用本领域熟知的空冷过程即可。
在本发明中，所述抗疲劳中熵合金从表层至中心依次优选为纳米晶层、孪晶层以及基体；所述纳米晶层的厚度优选为20～40μm，更优选为25～35μm；所述孪晶层的厚度优选为200～400μm，更优选为250～350μm；所述抗疲劳中熵合金的表层到基体优选为由晶粒尺寸、孪晶密度、位错密度和析出相密度构成的多级梯度纳米孪晶结构；所述抗疲劳中熵合金的晶粒尺寸从表层的0.1μm尺度逐渐增加到中间基体的10μm尺寸，跨越2个数量级；所述抗疲劳中熵合金中孪晶体积分数优选从表层的35％～55％逐渐减少至基体中的0；所述抗疲劳中熵合金从表层至中心的位错密度优选为由2～4×1015降低至3～8×1014，更优选为由2～3×1015降低至4～6×1014；所述抗疲劳中熵合金表层的析出相的面积等效直径优选为15～40nm，更优选为20～30nm，体积分数优选为20～30％，更优选为22～28％，所述抗疲劳中熵合金中心区域的析出相的面积等效直径优选为5～15nm，更优选为10～15nm，体积分数优选为10～15％，更优选为11～14％。
对超声滚压之后的中熵合金材料进行合适的热处理(固溶处理和时效处理)能够在材料内部引入L12型共格析出相，进一步调控中熵合金材料的强塑性，不仅能够提高材料的强度以及加工硬化能力，同时，热处理还能使变形产生的位错回复一部分，从而提高材料的延伸率，同时提升强度和韧性。
本发明通过超声滚压和热处理(固溶处理和时效处理)在中熵合金材料表面引入多级梯度纳米孪晶结构，多级梯度组织主要体现在中熵合金材料的中间区域和表层区域的晶粒尺寸，孪晶密度以及析出相密度存在明显差异，使得合金在低温下拥有优异的强塑性以及疲劳性能。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
将摩尔百分含量为：Co：31.33％、Cr：31.34％、Ni：31.33％、Al：3％和Ti：3％的各金属单质原料(纯度均为99.9％)经雾化喷射成形所得粉状金属合金经筛分，得到粒径为15～53μm的粉状金属合金，将所述粉状金属合金放置于真空度为-0.098MPa的真空室内在80℃下干燥2h后，立即送入SLM原位高速成像系统中进行3D打印，具体打印参数：粉层厚度为30μm，激光功率为175W，光斑半径为30μm，扫描速度为1000m/s，道次间距为60μm，得到块状合金，随后切割成1.4mm厚的板材，固定在数控机床上，进行双面超声滚压处理，具体参数：超声滚压头的静态压力为672N，进给速度为1500mm/min，加工遍数为30遍，超声频率为18kHz，变幅杆的振幅为6μm，然后将板材放入马弗炉中，在1000℃下进行固溶处理2min，水淬冷却后，再放入马弗炉中在700℃下进行时效处理1h，空冷，得到抗疲劳中熵合金(Co0.3133Cr0.3134Ni0.3133(AlTi)0.06)。
实施例2
将摩尔百分含量为：Co：30％、Fe：30％、Ni：30％、Al：5％和Ti：5％的各金属单质原料(纯度均为99.9％)经雾化喷射成形所得粉状金属合金经筛分，得到粒径为15～53μm的粉状金属合金，将所述粉状金属合金放置于真空度为-0.098MPa的真空室内在80℃下干燥2h后，立即送入SLM原位高速成像系统中进行3D打印，具体打印参数：粉层厚度为30μm，激光功率为175W，光斑半径为30μm，扫描速度为1000m/s，道次间距为60μm，得到块状合金，随后切割成1.4mm厚的板材，固定在数控机床上，进行双面超声滚压处理，具体参数：超声滚压头的静态压力为448N，进给速度为1500mm/min，加工遍数为30遍，超声发生器的频率为18kHz，变幅杆的振幅为6μm，然后将板材放入马弗炉中，在1100℃下进行固溶处理3min，水淬冷却后，再放入马弗炉中在750℃下进行时效处理2h，空冷，得到抗疲劳中熵合金(Co0.3Fe0.3Ni0.3(AlTi)0.1)。
对比例1
与实施例1的区别在于，未经双面超声滚压处理、固溶处理和时效处理，仅通过3D打印制造的中熵合金。
对比例2
与实施例2的区别在于，未经双面超声滚压处理、固溶处理和时效处理，仅通过3D打印制造的中熵合金。
性能测试
(1)采用扫描电镜的电子背散射衍射(EBSD)技术分析实施例1制备的抗疲劳中熵合金的微观组织，结果如图1所示。
由图1可知，从抗疲劳中熵合金表层到中心依次是纳米晶层、孪晶层以及基体，梯度层的厚度大约为300μm。对多级梯度进行表征，晶粒尺寸从表层的250nm逐渐增加到基体的17μm；孪晶体积分数从表层的35％逐渐减少的基体的0；对位错密度进行表征，发现同样的从表层到中心位错密度逐渐降低，由2.24×1015降低至5.29×1014；析出相方面，表层的析出相的面积等效直径在25nm左右，体积分数在26％，而中心区域的析出相的面积等效直径在12nm左右，体积分数为13％左右。
(2)对实施例1制备的抗疲劳中熵合金和对比例1制备的中熵合金进行低温(103K)单轴静态拉伸试验，所用测试系统为凯尔材料测试系统，配备一个环境箱，通过液氮进行冷却，达到所设置的温度后保温10min，采用载荷伺服进行准静态单轴拉伸试验，结果如图2所示。
由图2可知，实施例1制备的抗疲劳中熵合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为1340Mpa、1579Mpa和24.3％，强塑性高于对比例1的中熵合金；多级梯度纳米孪晶结构中熵合金的疲劳强度为560MPa，高于对比例1的中熵合金的疲劳强度(480MPa)。
(3)对实施例2制备的抗疲劳中熵合金和对比例2制备的中熵合金进行低温(103K)单轴静态拉伸试验，所用测试系统为凯尔材料测试系统，配备一个环境箱，通过液氮进行冷却，达到所设置的温度后保温10min，采用载荷伺服进行准静态单轴拉伸试验，结果如图3所示。
由图3可知，实施例2制备的抗疲劳中熵合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为1370Mpa、1749Mpa和18％，强塑性高于对比例2的中熵合金；对比例2的中熵合金的疲劳强度为480MPa，而多级梯度纳米孪晶结构中熵合金的疲劳强度为630MPa。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (7)

1.一种抗疲劳中熵合金，其化学组成为CoxMyNiz(AlTi)1-x-y-z，
其中，M包括Cr或Fe，
x、y、z独立为0.25～0.35，
1-x-y-z为0.06～0.12；
所述抗疲劳中熵合金的制备方法，包括以下步骤：
按照所述中熵合金的化学组成，将粉状金属合金进行3D打印，得到块状合金；
将所述块状合金切割所得合金板材依次进行双面超声滚压处理、固溶处理和时效处理，得到抗疲劳中熵合金；
所述双面超声滚压处理的参数：超声滚压头的静态压力为200～700N，进给速度为1000～2000mm/min，加工遍数为15～40遍，超声频率为16～20kHz，变幅杆的振幅为4～10μm；
所述固溶处理的温度为900～1100℃，保温时间为2～20min；
所述时效处理的温度为650～800℃，保温时间为0.5～3h。
2.权利要求1所述抗疲劳中熵合金的制备方法，包括以下步骤：
按照所述中熵合金的化学组成，将粉状金属合金进行3D打印，得到块状合金；
将所述块状合金切割所得合金板材依次进行双面超声滚压处理、固溶处理和时效处理，得到抗疲劳中熵合金；
所述双面超声滚压处理的参数：超声滚压头的静态压力为200～700N，进给速度为1000～2000mm/min，加工遍数为15～40遍，超声频率为16～20kHz，变幅杆的振幅为4～10μm；
所述固溶处理的温度为900～1100℃，保温时间为2～20min；
所述时效处理的温度为650～800℃，保温时间为0.5～3h。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述粉状金属合金的制备方法为将所述中熵合金中各元素所对应的金属单质混合，进行雾化喷射成形，得到粉状金属合金。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述粉状金属合金的粒径为30～70μm。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述3D打印的设备为SLM原位高速成像系统；所述SLM原位高速成像系统的参数：光斑半径为20～60μm，道次间距为40～120μm，粉层厚度为20～50μm，激光功率为140～190W，扫描速度为400～1400mm/s。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述合金板材的厚度为1.2～1.6mm。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，进行3D打印前，还包括：将所述粉状金属合金进行真空干燥；所述真空干燥的温度为60～90℃，时间为2～3h。
CN202211134845.0A 2022-09-19 2022-09-19 一种抗疲劳中熵合金及其制备方法 Active CN115537627B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211134845.0A CN115537627B (zh) 2022-09-19 2022-09-19 一种抗疲劳中熵合金及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211134845.0A CN115537627B (zh) 2022-09-19 2022-09-19 一种抗疲劳中熵合金及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115537627A CN115537627A (zh) 2022-12-30
CN115537627B true CN115537627B (zh) 2023-05-02

Family

ID=84728569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211134845.0A Active CN115537627B (zh) 2022-09-19 2022-09-19 一种抗疲劳中熵合金及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115537627B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116287929A (zh) * 2023-03-21 2023-06-23 浙江大学 一种高强高塑性CrCoNi基多主元合金及其制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11666973B2 (en) * 2019-10-18 2023-06-06 Hamilton Sundstrand Corporation Complex concentrated alloy and high entropy alloy additive manufacturing systems and methods
CN111411285A (zh) * 2020-05-07 2020-07-14 东南大学 一种Al和Ti微合金化高强韧中熵合金及其制备方法
CN111676411A (zh) * 2020-06-30 2020-09-18 江苏鑫信润科技股份有限公司 一种微合金化高强韧动密封材料及其制备方法
CN112080713A (zh) * 2020-08-31 2020-12-15 华东理工大学 一种中熵合金板材的超声滚压表面强化工艺
CN112725678B (zh) * 2020-12-14 2022-05-17 中南大学 一种含NiCoCr的非等原子比中/高熵合金及其制备方法
CN112647009B (zh) * 2021-01-15 2021-11-02 中国科学院兰州化学物理研究所 一种高强度高耐磨性中熵合金及其制备方法
CN114682800B (zh) * 2022-05-31 2022-09-06 太原理工大学 超声滚压表面强化激光增材制造共晶高熵合金板材的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115537627A (zh) 2022-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020151476A1 (zh) 一种钛镍形状记忆合金的4d打印方法及应用
US20210197277A1 (en) MN-CU-Based Damping Alloy Powder For Use In Selective Laser Melting Process And Preparation Method Thereof
KR20200019459A (ko) 쌍정 및 상변태 변형유기 고엔트로피 강 및 그 제조방법
CN115537627B (zh) 一种抗疲劳中熵合金及其制备方法
CN110355367B (zh) 一种Al3Ti/316L不锈钢复合材料的增材制造方法
CN112404420B (zh) 一种用于3d打印的高强度钢粉末、其制备方法、3d打印方法及制得的高强度钢
US20240123502A1 (en) Titanium alloy powder for selective laser melting 3d printing, selective laser melted titanium alloy and preparation thereof
WO2020133680A1 (zh) 一种超短周期高强度-高延展性镍铝青铜合金及制备方法
CN101391500A (zh) 镁基复合材料及其制备方法
CN114951644B (zh) 一种增材制造用高熵合金复合材料及其制备方法和应用
Guo et al. Heat treatment behavior of the 18Ni300 maraging steel additively manufactured by selective laser melting
CN102392161A (zh) 一种铝合金及其制备方法
CN114150205A (zh) 一种具有高室温塑性的耐高温高熵合金及其制备方法
CN114951691B (zh) 一种核燃料包壳用ZrC颗粒增强FeCrAl金属基复合材料的激光增材制造方法
CN114939654A (zh) 一种用于激光增材制造的高熵合金粉末及其制备方法、应用
Sun et al. In-situ synthesis of CoCrFeMnNi high-entropy alloy by selective laser melting
CN109988956A (zh) 高硬度钴基合金及其制造方法
CN115537628B (zh) 一种中熵合金及其制备方法和应用
Wang et al. Influence of the scanning angle on the grain growth and mechanical properties of Ni10Cr6W1Fe9Ti1 HEA fabricated using the LPBF–AM method
CN114959413B (zh) 不锈钢基复合材料及其增材制造方法、应用
CN116275010A (zh) 一种原位氮化物增强3d打印镍基高温合金粉末
CN112296335A (zh) 一种激光选区熔化成形块体纳米孪晶铜基复合材料的方法
CN115927944B (zh) 一种中熵合金及其制备方法
WO2020155197A1 (zh) 一种梯度超细晶结构低碳微合金钢及其制备方法
Kozlov Structure and resistance to deformation of UFG metals and alloys

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant