高熵合金材料因具有简单的固溶体结构和高强度、高硬度、高韧性、耐磨损和耐腐蚀等优异的综合性能,在航空航天、海洋工程等领域具有巨大的应用前景。目前高熵合金的制备方法多以传统的电弧熔炼工艺和机械合金化为主,但这些方法难以实现大尺寸、复杂结构零部件的制造,极大限制了高熵合金在实际工业上的广泛应用。选区激光熔化成形(selective laser melting,SLM)技术作为一种发展较为成熟的增材制造技术,为大尺寸、复杂形状和高性能高熵合金材料成形提供了一个崭新的思路。近期,国内外研究人员开始关注有关选区激光熔化成形高熵合金的研究,主要集中于高熵合金体系的开发。然而,由于高熵合金独特的固溶体结构不同于传统的金属合金,在选区激光熔化成形的快速凝固过程中,成形件内部易出现孔洞、裂纹等缺陷,严重影响了合金的组织性能。因此,研究选区激光熔化成形技术制备高熵合金的工艺基础,分析成形件内部缺陷的形态、分布和形成机制,对高性能高熵合金的激光增材制造技术研究及发展具有重要意义。以气雾化Al CoCuFeNi高熵预合金粉末为原料,采用选区熔化成形技术制备高熵合金成形件,探索成形件致密度、缺陷生成现象与激光功率、扫描速度、铺粉厚度等工艺参数之间的相互关系,并结合合金组织及孔隙、微裂纹分布特征分析缺陷的形成机制。实验结果表明:SLM制备Al Co Cu Fe Ni高熵合金成形件的致密度随激光线能量密度的增加呈现先提高后降低的趋势;在选区激光熔化成形过程中,激光线能量密度过高或过低时,容易产生球化现象,导致合金内部出现聚球、孔洞等;成形件表面分布有许多横纵交互的微裂纹,且呈现网状分布规律,纵截面微裂纹起源于熔池底部,沿边界扩展并贯穿。合金中微裂纹的生成主要与激光快速凝固特点产生的温度梯度及球化引起的孔洞有关,因此,优化工艺参数对合金成形质量至关重要。SLM成形Al CoCuFeNi高熵合金的最佳工艺参数组合为激光功率为205 W,扫描速度为1000 mm/s,粉层厚度为40μm,线激光能量密度为205 J/m。在最优工艺参数下制备的合金表面平整,内部缺陷较少,致密度高达99.03%。
暂无评论