一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法

本发明属于合金制造，尤其涉及一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法。

背景技术：

1、316l不锈钢因其具有良好的成形性能、耐腐蚀性能、焊接性能等优点而被广泛应用于日常生活的方方面面。目前，这种材料经过长期的研究已经变得非常成熟，性能已经接近极限。因此，为了解决316l不锈钢在高强度工况下易失效的问题，通常向不锈钢中加入增强相制备不锈钢复合材料。高熵合金，又称多主元合金，具有高强度、良好的塑性和耐腐蚀性等优良性能，是一种理想的增强相材料。目前，不锈钢复合材料的常用制备方法为铸造法和粉末冶金法。但是，传统方法制备的复合材料通常会出现成分不均匀和晶粒粗大等现象。而选区激光熔化方法是一种通过高能激光熔化粉末并逐层堆积成型的过程，这种技术可以获得具有均匀成分和细晶结构的构件，提升了不锈钢的力学性能。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，以解决目前传统方法制备的316l不锈钢在高强度工况下易失效的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，包括以下步骤：将feconialti高熵合金粉末与不锈钢粉末混合，得到复合材料粉末，采用选区激光熔化技术进行激光打印，得到不锈钢基复合材料；

3、所述激光打印的扫描速度为650mm/s～1000mm/s。超出此扫描区间，孔隙、裂纹等缺陷较多，甚至无法成形。

4、进一步的，所述feconialti高熵合金粉末与所述不锈钢粉末按照增强比xwt.％混合，其中x＝2～10，优选x＝2、5、10。增强比超过10wt.％，会出现无法成型的情况；增强比低于2wt.％，强化效果不明显。

5、进一步的，所述feconialti高熵合金粉末的化学成分按照质量分数计，分别为fe28.7％、co31.9％、ni29.6％、al4.2％和ti5.6％。

6、进一步的，得到复合材料粉末后，还包括对复合材料粉末进行筛分，得到粒径为15～53μm的粉末，之后烘粉的操作，所述烘粉在烘干箱内进行，于80℃下烘粉2h。

7、进一步的，所述不锈钢为316不锈钢。

8、进一步的，所述选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，具体包括以下步骤：

9、将feconialti高熵合金粉末与316l不锈钢粉末按比例混合，得到复合材料粉末；

10、以316不锈钢作为基板，对基板进行清洗并喷砂处理；

11、将复合材料粉末放入粉料缸，将喷砂处理后的基板安装在成型缸中，调整刮刀位置，按照150μm/层的粉量进行铺粉，至复合材料粉末铺满基板，关闭舱门；

12、构建需制备的不锈钢基复合材料的三维模型，导入切片软件，设置打印件数量及其摆放位置，并设置分层厚度、激光功率、扫描速度、扫描路径及扫描角度后进行切片，之后导入设备软件中，关闭设备成型舱并通入氩气除氧，打开激光器，待激光稳定后开始打印；

13、打印结束后关闭激光器和氩气，冷却至室温，即得不锈钢基复合材料。

14、进一步的，所述除氧至成型舱内氧浓度低于100ppm。

15、进一步的，所述分层厚度为30μm/层，所述激光功率为180w，所述扫描角度为67°，所述扫描路径为条带形。

16、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

17、本发明材料具有优异的力学性能，其抗拉强度可达1262mpa，硬度可达5.4gpa。从而解决了目前传统方法制备的316l不锈钢在高强度工况下易失效的问题。

技术特征：

1.一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将feconialti高熵合金粉末与不锈钢粉末混合，得到复合材料粉末，采用选区激光熔化技术进行激光打印，得到不锈钢基复合材料；

2.根据权利要求1所述一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，其特征在于，所述feconialti高熵合金粉末与所述不锈钢粉末按照增强比x wt.％混合，其中x＝2～10。

3.根据权利要求2所述一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，其特征在于，所述feconialti高熵合金粉末的化学成分按照质量分数计，分别为fe28.7％、co31.9％、ni29.6％、al4.2％和ti5.6％。

4.根据权利要求1所述一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，其特征在于，得到复合材料粉末后，还包括对复合材料粉末进行筛分，得到粒径为15～53μm的粉末，之后烘粉的操作。

5.根据权利要求1所述一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，其特征在于，所述不锈钢为316不锈钢。

6.根据权利要求1所述一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，其特征在于，所述除氧至成型舱内氧浓度低于100ppm。

8.根据权利要求6所述一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，其特征在于，所述分层厚度为30μm/层，所述激光功率为180w，所述扫描角度为67°，所述扫描路径为条带形。

技术总结
本发明提供了一种选区激光熔化制备高强度和高硬度不锈钢基复合材料的方法，属于合金制造技术领域，包括以下步骤：将FeCoNiAlTi高熵合金粉末加入到316L不锈钢粉末中，增强比为xwt.％(x＝2、5、10)，在三维运动混粉机中进行机械混合，得到复合材料粉末；之后通过选区激光熔化打印直接成型不锈钢复合材料构件；本发明采用选区激光熔化制备得到的不锈钢复合材料具有优异的力学性能以及尺寸精度。测试后发现其在室温下的抗拉强度最高为1262MPa，硬度最高可达5.4GPa。本发明解决了不锈钢在高强度工况下易失效的问题，为不锈钢的强化和加工方式提供了新的思路。

技术研发人员：杨冬野,张新琦,李九霄,李方杰
受保护的技术使用者：上海工程技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11