本發(fā)明涉及一種超高強韌多主元金屬間化合物及其增材制造方法與3d打印制品，屬于增材制造。

背景技術：

1、有序金屬間化合物合金是一種極具潛力的高溫結構材料，在結構材料應用中具有許多吸引人的特性，如高溫下更高的強度，優(yōu)異的抗蠕變性能等。

2、然而，由于滑移系統(tǒng)數(shù)量不足和晶界薄弱，它們往往表現(xiàn)出嚴重的脆性特征，極大地限制了它們作為結構材料的應用。另一方面，此類合金的加工性能較差，很難通過傳統(tǒng)方法制備出具有復雜結構的部件。

3、傳統(tǒng)的設計方法主要基于單一主元素的合金體系，仍然存在類似的非常嚴峻的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬間化合物，其具有有序結構，并且具有較高的強度和韌性。

2、為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種超高強韌多主元金屬間化合物，其中，該金屬間化合物具有a3b型有序結構；

3、其中，ni和co占a位，si、ti、al占b位；

4、該金屬間化合物還含有硼，并且，硼主要分布于晶界，以強化晶界；

5、以該金屬間化合物的原子總數(shù)為100％計，ni的含量為55～65at.％，co的含量為15～25at.％，si的含量為8～13at.％，ti的含量為3～7at.％，al的含量為2～6at.％，硼的含量<0.1at.％。

6、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，優(yōu)選地，ni和co的總含量為si、al、ti三種元素之和的3～3.5倍。

7、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，優(yōu)選地，以該金屬間化合物的原子總數(shù)為100％計，ni的含量為59.48at.％，co的含量為20at.％，si的含量為11at.％，ti的含量為5.5at.％，al的含量為4at.％，硼的含量為0.02at.％。

8、與大部分單一主元金屬間化合物(如ni3al、ni3si等)相比，本發(fā)明的新型多主元金屬間化合物具有優(yōu)異的可加工性，可通過激光3d打印技術快速制備出具有復雜結構的零部件，并且經(jīng)過固溶及時效熱處理后，其抗拉強度高達1.62gpa，同時保持35％的均勻延伸率。對于傳統(tǒng)單一主元金屬間化合物而言，一方面其室溫力學性能較差，強度低，脆性大，很難滿足對服役性能要求較高的應用需求；另一方面，較大的脆性導致其加工性能較差，很難通過體統(tǒng)加工方法以及新興的3d打印技術制造出具有復雜結構的部件。多主元金屬間化合物同時克服了以上單一主元金屬間化合物的缺點，因此在工業(yè)領域具有巨大的應用潛力。

9、本發(fā)明還提供了一種增材制造方法，其中，該方法是基于上述金屬間化合物進行的。

10、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，優(yōu)選地，該方法包括以下步驟：

11、將所述金屬間化合物制成球形粉末；

12、采用鋪粉式激光3d打印機對所述粉末進行成形；

13、對成形的樣品進行固溶及時效熱處理，完成增材制造過程。

14、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，優(yōu)選地，所述球形粉末的粒徑為10～100μm，更優(yōu)選為15-65μm。

15、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，優(yōu)選地，所述球形粉末是通過氣霧化制粉方法制備的。

16、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，優(yōu)選地，對所述粉末進行成形時采用的成形基板為316l不銹鋼，預熱溫度為50～200℃。

17、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，優(yōu)選地，對所述粉末進行成形時，打印參數(shù)包括：激光功率為100～300w，掃描速度為550～2000mm/s，搭接間距為0.08～0.15mm，鋪粉層厚為0.02～0.05mm。

18、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，優(yōu)選地，所述固溶及時效熱處理的參數(shù)包括：固溶溫度為1000～1200℃，固溶時間為1～5h，時效溫度為600～900℃，時效時間為4～72h，冷卻方式為空冷。

19、與傳統(tǒng)加工方法如鑄造、鍛造等相比，激光3d打印技術可快速實現(xiàn)多主元金屬間化合物的近凈成形，該技術工藝流程簡單，成本低、生產(chǎn)周期短，有利于加速產(chǎn)業(yè)化。

20、本發(fā)明還提供了一種3d打印制品，其是由上述增材制造方法制備的。

21、根據(jù)本發(fā)明的具體實施方案，上述3d打印制品可以包括：

22、航空：發(fā)動機高壓渦輪葉片、低壓渦輪葉片、燃燒室、渦輪盤；

23、航天：高溫推力室；

24、汽車：渦輪增壓器轉子、內燃機的活塞環(huán)和閥門、汽車車身材料；

25、核工程：具有有限快中子輻照的輕水反應堆部件(例如包殼)。

26、本發(fā)明采用新型的多主元合金設計理念，通過可控摻入多種合金化元素，成功設計了一種具有l(wèi)12型有序結構(密排a3b型有序結構)的新型金屬間化合物，并采用基于激光的粉床式鋪粉3d打印技術實現(xiàn)了該多主元金屬間化合物的高效近凈成形，通過后續(xù)熱處理對微觀組織作進一步調控，可獲得具有純l12有序結構的金屬間化合物，同時該合金在室溫下具有非常優(yōu)異的拉伸性能，其抗拉強度可達1.62gpa，均勻延伸率約為35％，遠超傳統(tǒng)的金屬間化合物合金。

27、本發(fā)明所提供的新型合金和所采用的3d打印制備技術有望同步克服傳統(tǒng)金屬間化合物高溫結構材料的室溫脆性大和加工困難的難題，將在航空航天等關鍵領域的擁有巨大的應用前景。

技術特征：

1.一種超高強韌多主元金屬間化合物，其中，該金屬間化合物具有a3b型有序結構；

2.根據(jù)權利要求1所述的金屬間化合物，其中，ni和co的總含量為si、al、ti三種元素之和的3～3.5倍。

3.根據(jù)權利要求1所述的金屬間化合物，其中，以該金屬間化合物的原子總數(shù)為100％計，ni的含量為59.48at.％，co的含量為20at.％，si的含量為11at.％，ti的含量為5.5at.％，al的含量為4at.％，硼的含量為0.02at.％。

4.一種增材制造方法，其中，該方法是基于權利要求1-3任一項所述的金屬間化合物進行的。

5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，該方法包括以下步驟：

6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，所述球形預合金粉末的粒徑為10～100μm；優(yōu)選是通過氣霧化制粉方法制備的。

7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，對所述粉末進行成形時采用的成形基板為316l不銹鋼，預熱溫度為50～200℃。

8.根據(jù)權利要求5或7所述的方法，其中，對所述粉末進行成形時，打印參數(shù)包括：激光功率為100～300w，掃描速度為550～2000mm/s，搭接間距為0.08～0.15mm，鋪粉層厚為0.02～0.05mm。

9.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，所述固溶及時效熱處理的參數(shù)包括：固溶溫度為1000～1200℃，固溶時間為1～5h，時效溫度為600～900℃，時效時間為4～72h，冷卻方式為空冷。

10.一種3d打印制品，其是由權利要求4-9任一項所述的增材制造方法制備的。

技術總結
本發(fā)明提供了一種超高強韌多主元金屬間化合物及其增材制造方法與3D打印制品。上述金屬間化合物具有A3B型有序結構；其中，Ni和Co占A位，Si、Ti、Al占B位；該金屬間化合物還含有硼，硼主要分布于晶界；以該金屬間化合物的原子總數(shù)為100％計，Ni的含量為55～65at.％，Co的含量為15～25at.％，Si的含量為8～13at.％，Ti的含量為3～7at.％，Al的含量為2～6at.％，硼的含量為<0.1at.％。本發(fā)明所提供的新型合金和所采用的3D打印制備技術有望同步克服傳統(tǒng)金屬間化合物高溫結構材料的室溫脆性大和加工困難的難題，將在航空航天等關鍵領域的擁有巨大的應用前景。

技術研發(fā)人員：楊濤,周英豪,肖維城
受保護的技術使用者：香港城市大學深圳研究院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9