【摘 要】
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近年发展起来的高熵合金,因其良好的性能,成为研究的热点。而以高熵合金粉体为原料的放电等离子烧结(SPS)、3D打印等成形工艺,成为制备高熵合金材料的新途径。同时鉴于氮元素对合金性能具有强化作用,利用气雾化工艺和高压氮气环境,在制备粉体的同时渗入氮元素,制备含氮的高熵合金粉体。实验采用气雾化工艺,制备出含氮CoCrFeMnNi高熵合金粉体。针对雾化过程熔体粘度较高问题,建立了五元高熵合金粘度模型,计
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近年发展起来的高熵合金,因其良好的性能,成为研究的热点。而以高熵合金粉体为原料的放电等离子烧结(SPS)、3D打印等成形工艺,成为制备高熵合金材料的新途径。同时鉴于氮元素对合金性能具有强化作用,利用气雾化工艺和高压氮气环境,在制备粉体的同时渗入氮元素,制备含氮的高熵合金粉体。实验采用气雾化工艺,制备出含氮CoCrFeMnNi高熵合金粉体。针对雾化过程熔体粘度较高问题,建立了五元高熵合金粘度模型,计算出了粘度与温度的关系。实验探究了不同的雾化压力、腔室压力和喷孔直径对高熵合金粉体粒径和氮含量的影响。利用高温气体渗氮得到高氮含量粉体,研究了氮含量对粉体形貌及组织的影响,并利用含氮粉体制备成合金块体,分析氮含量对合金性能的影响。理论研究表明,随着温度增加,高熵合金的粘度在逐渐降低,五种金属元素中Cr对合金粘度影响最大。实验过程中,雾化压力由2.0 MPa增加到3.0 MPa时,粉体D(50)由83.2μm减小到56.8μm;喷孔直径由1.3 mm减小到1.0 mm,D(50)由91.2μm减小到51.3μm,两者对粉体具有细化作用。腔室压力对粉体粒径没有较大的影响。液滴直径越大,冷却速率越缓慢,粉体直径越大,粘连卫星球越多。随着粒径的增加,粉体表面与内部先后出现胞状晶、等轴晶和树枝晶等组织。腔室压力由0.3 MPa增加到0.7 MPa,粉体氮含量由0.233 wt%增加到0.354 wt%,雾化压力与喷孔直径没有引起粉体中氮含量的明显变化,氮元素均匀固溶在粉体中。通过高温气体渗氮得到不同氮含量高熵合金粉体,粉体表面形成小凸起,内部形成带状组织,氮含量越多,凸起与带状组织越多,经过检测为Cr2N形成的聚集。利用SPS技术制备出氮含量为0 wt%、0.3 wt%、0.6 wt%、0.9 wt%的高熵合金块体。随着氮含量的增加,合金中Cr偏析现象减轻,并出现了两种富Cr的FCC1和FCC2相,晶粒尺寸逐渐减小;合金致密度在98%以上,硬度由549.7 HV增加到632.4 HV,在3.5 wt%Na Cl、1 mol/L H2SO4和0.05 mol/L HCl溶液中的耐蚀性显著提升。打印功率为200 W、240 W,3D打印得到块体,不含氮块体硬度为227HV、228 HV,对应功率下含氮块体硬度为375.5 HV、370.8 HV。图59幅;表10个;参50篇。
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