高熵合金双联工艺制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010216827.1 (22)申请日 2020.03.25 (71)申请人 石家庄铁道大学 地址 050043 河北省石家庄市长安区北二 环东路17号 (72)发明人 胡连海靳旭乐许昌玲冷宇轩 吕小松陶国栋孙继友 (51)Int.Cl. C22C 1/02(2006.01) C22C 30/00(2006.01) C22C 30/02(2006.01) C22C 30/04(2006.01) C22C 30/06(2006.01) C22B 9/20(2006.01) (。

2、54)发明名称 一种高熵合金双联工艺制备方法 (57)摘要 本发明涉及高熵合金技术领域， 具体公开一 种高熵合金双联工艺制备方法。 所述高熵合金双 联工艺制备方法， 首先， 按照要制备的高熵合金 的元素组成、 含量及物化性质分解设计4根焊丝 的种类和焊丝元素的组成、 含量、 存在形式及存 在位置， 制备焊丝； 其次， 采用集成四丝脉冲气体 保护焊工艺协同增材制造高熵合金； 最后， 采用 真空自耗重熔工艺对高熵合金进行精炼。 本发明 提供的高熵合金双联工艺制备方法， 工艺稳定， 制备效率高， 成本低， 热输入调节范围大， 可选的 合金元素范围广， 制备的高熵合金种类多， 合金 成分调节方便且精确。

3、可控， 化学成分均匀， 组织 致密均匀， 纯净度高， 内部质量优良。 权利要求书2页 说明书11页 附图1页 CN 111349800 A 2020.06.30 CN 111349800 A 1.一种高熵合金双联工艺制备方法， 其特征在于， 包括以下步骤： (1)按照要制备的高熵合金元素组成、 含量及物化性质分解设计4根焊丝的种类和焊丝 元素的组成、 含量、 存在形式及存在位置， 然后制备焊丝； (2)将包括1根引导焊丝、 2根跟随焊丝和1根尾随焊丝的4根焊丝集成排列， 4根焊丝轴 线延伸线与工件的4个接触点连线构成和谐四边形， 引导焊丝的轴线延伸线与工件的接触 点分别和2根跟随焊丝的轴线延伸。

4、线与工件的接触点的间距相等， 尾随焊丝的轴线延伸线 与工件的接触点分别和2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间距相等， 4根焊丝共 用一把焊枪， 4个导电嘴之间相互绝缘， 在焊枪上固定一个拖罩装置， 拖罩随着焊枪同步移 动， 每根焊丝都配有独立的弧焊电源和送丝机， 采用脉冲电流， 采用同步控制器控制4台弧 焊电源的电流相位， 电弧间协同控制， 形成同一个熔池， 建立集成四丝脉冲气体保护焊系 统； (3)设定焊接参数， 焊枪内通入焊接保护气体， 拖罩内通入惰性保护气体， 采用集成四 丝脉冲气体保护焊工艺在金属基体表面进行逐层堆积， 协同增材制造块体高熵合金； (4)将制备的块体高熵合金加工成。

5、圆棒形电极， 采用真空自耗重熔工艺对高熵合金电 极棒进行二次熔炼， 精炼完成的合金液在水冷结晶器内凝固成高熵合金锭。 2.如权利要求1所述的高熵合金双联工艺制备方法， 其特征在于， 所述高熵合金包括5 16种主要合金元素， 08种次要合金元素， 08种微量合金元素， 且每种主要合金元素的 原子百分含量为535， 每种次要合金元素的原子百分含量为0.55， 每种微量合 金元素的原子百分含量为00.5。 3.如权利要求2所述的高熵合金双联工艺制备方法， 其特征在于， 所述主要合金元素选 自Sc、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Y、 Zr、 Nb、 Mo、 R。

6、u、 Rh、 Pd、 Ag、 Hf、 Ta、 W、 Re、 Li、 Al、 Mg、 Sn、 Si、 Ge、 Gd、 B或C； 所述次要合金元素选自C、 Si、 B、 P、 N、 Sc、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Y、 Zr、 Nb、 Mo、 Ru、 Rh、 Pd、 Ag、 Pt、 Hf、 Ta、 W、 Re、 Pb、 Au、 La、 Ce、 Nd、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Yb、 Al、 Mg、 Li、 Sn 或Ge； 所述微量合金元素选自C、 Si、 B、 N、 P、 Al、 Mg、 Mn、 Ti、 Nb、 V、 Zr、 Y、 La、 Hf。

7、、 W、 Ta、 Re、 Ir、 Pt、 Au、 Ru、 Rh、 Ca、 Sr、 Pb、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Yb、 Ce、 Nd、 Pr或Sn。 4.如权利要求1所述的高熵合金双联工艺制备方法， 其特征在于， 所述焊丝的种类包括 实心焊丝和药芯焊丝。 5.如权利要求1所述的高熵合金双联工艺制备方法， 其特征在于， 所述高熵合金元素中 熔点为32003800的高熔点合金元素的存在形式为合金， 高熵合金元素中熔点为150 800的低熔点合金元素的存在位置为实心焊丝或药芯焊丝的合金外带中的至少一种 情况。 6.如权利要求1所述的高熵合金双联工艺制备方法， 其特征在于， 所述引导焊丝的轴。

8、线 延伸线与工件的接触点分别和2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间距为8 30mm， 尾随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点分别和2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的 接触点的间距为840mm， 2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间距为825mm， 在 平行于焊接方向上的引导焊丝与焊枪的拖角为0 25 ， 在平行于焊接方向上的尾随焊丝 与焊枪的推角为0 25 ， 在垂直于焊接方向上的2根跟随焊丝与焊枪的倾角为0 25 。 7.如权利要求1所述的高熵合金双联工艺制备方法， 其特征在于， 所述引导焊丝和2根 跟随焊丝间的脉冲电流相位相差90 ， 尾随焊丝和2根跟随焊丝间的脉冲电流相位相差90 。

9、， 权利要求书 1/2 页 2 CN 111349800 A 2 2根跟随焊丝间的脉冲电流相位相差180 ， 引导焊丝和尾随焊丝间的脉冲电流相位相差 180 。 8.如权利要求1所述的高熵合金双联工艺制备方法， 其特征在于， 所述焊枪内通入的焊 接保护气体为He、 Ar中的至少一种， 每个气路的气体流量为1540L/min， 托罩内通入的惰 性保护气体为He、 Ar中的至少一种， 气体流量为3080L/min。 9.如权利要求1所述的高熵合金双联工艺制备方法， 其特征在于， 所述集成四丝脉冲气 体保护焊工艺采用直流反接或直流正接， 焊丝直径为0.62.4mm， 基值电流为20150A， 峰 值。

10、电流为200800A， 脉冲宽度比为1040， 脉冲频率为10200Hz， 送丝速度为3 22m/min， 焊接速度为0.43m/min， 焊丝干伸长度为825mm。 10.如权利要求1所述的高熵合金双联工艺制备方法， 其特征在于， 所述真空自耗重熔 工艺的真空度为0.01331.33Pa， 熔炼电压为1630V， 电极弯曲度小于5mm/m。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111349800 A 3 一种高熵合金双联工艺制备方法 技术领域 0001 本发明涉及高熵合金技术领域， 尤其涉及一种高熵合金双联工艺制备方法。 背景技术 0002 高熵合金经过国内外学者的广泛深入研究， 高熵合金的制。

11、备方法取得了显著的进 展， 但是由于高熵合金的元素组成复杂， 往往存在熔点、 沸点及密度的重大差异， 给高熵合 金的制备带来了巨大的挑战。 对于块体高熵合金的制备， 目前最常使用的方法是真空电弧 熔炼、 真空电磁感应熔炼、 激光增材制造等熔化方法。 0003 真空电弧熔炼采用电弧热作为热源， 可熔炼熔点较高的合金， 但是该方法存在一 些缺点， 首先， 难以制备含有熔点、 沸点差异大的元素的高熵合金， 由于低熔点元素易于挥 发， 很难控制元素的烧失率； 其次， 制备效率低， 每次熔炼合金重量有限， 且随着合金主元的 增多， 成分和组织均匀性变差。 0004 真空感应熔炼是将合金原料放置在真空感应。

12、熔炼炉中， 采用感应加热将合金熔 化， 该方法可将合金中氢、 氧、 碳、 氮等元素去除到较低水平， 但是该方法仍有不足之处， 首 先， 高温合金熔体与坩埚耐火材料容易反应， 污染熔体； 其次， 合金容易出现凝固偏析、 缩孔 等缺陷； 最后， 含有高熔点的合金元素的高熵合金熔炼难度大， 限制了其应用范围。 0005 激光增材制造能够制备成分较均匀的精密金属零件， 然而， 该方法存在一些缺点， 首先， 工艺较复杂， 成型速度较低， 容易产生裂纹、 孔隙等缺陷； 其次， 对于含有熔点、 沸点差 异大的元素的高熵合金， 由于低熔点元素的挥发， 难以精确控制合金成分； 最后， 对粉末的 质量要求极高， 。

13、对于激光金属直接成形技术， 如果采用机械混合粉末， 则在送粉的过程中， 由于各个成分的密度不同， 会导致送粉不均匀， 进而使得合金成分不均匀， 如果采用合金化 粉末， 则存在粉末成本较高和成分污染问题。 0006 总之， 对于采用熔化法制备高熵合金主要存在三方面难题， 首先， 如何实现含有熔 点和沸点差异大的元素的高熵合金的制备， 由于只有一个热源， 若温度过高， 出现低熔点元 素挥发， 若温度过低， 高熔点元素难以熔化， 因此， 热源温度的单一性限制了高熵合金元素 的选择范围； 其次， 如何高效实现大块高熵合金的成分和组织均匀化问题， 由于元素种类多 众多， 密度差异大， 制备成分和组织均匀。

14、的大体积高熵合金是非常困难的； 最后， 如何制备 高纯净度的高熵合金， 由于制备过程中的污染、 氧化和氮化等难以控制。 发明内容 0007 针对现有技术存在的制备成本高， 效率低， 合金元素可选种类少， 合金成分调节困 难， 制备含有熔点、 沸点及密度等物化性能差异大的合金元素的的高熵合金困难， 制备的高 熵合金种类有限， 合金成分和组织不均匀， 纯净度低， 内部质量差， 易产生气孔、 裂纹、 夹渣、 凝固偏析及缩孔等缺陷问题， 本发明提供了一种高熵合金双联工艺制备方法。 0008 为达到上述发明目的， 本发明采用了如下的技术方案： 0009 一种高熵合金双联工艺制备方法， 包括以下步骤： 说。

15、明书 1/11 页 4 CN 111349800 A 4 0010 (1)按照要制备的高熵合金元素组成、 含量及物化性质分解设计4根焊丝的种类和 焊丝元素的组成、 含量、 存在形式及存在位置， 然后制备焊丝； 0011 (2)将包括1根引导焊丝、 2根跟随焊丝和1根尾随焊丝的4根焊丝集成排列， 4根焊 丝轴线延伸线与工件的4个接触点连线构成和谐四边形， 引导焊丝的轴线延伸线与工件的 接触点分别和2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间距相等， 尾随焊丝的轴线延 伸线与工件的接触点分别和2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间距相等， 4根焊 丝共用一把焊枪， 4个导电嘴之间相互绝缘， 在焊。

16、枪上固定一个拖罩装置， 拖罩随着焊枪同 步移动， 每根焊丝都配有独立的弧焊电源和送丝机， 采用脉冲电流， 采用同步控制器控制4 台弧焊电源的电流相位， 电弧间协同控制， 形成同一个熔池， 建立集成四丝脉冲气体保护焊 系统； 0012 (3)设定焊接参数， 焊枪内通入焊接保护气体， 拖罩内通入惰性保护气体， 采用集 成四丝脉冲气体保护焊工艺在金属基体表面进行逐层堆积， 协同增材制造块体高熵合金； 0013 (4)将制备的块体高熵合金加工成圆棒形电极， 采用真空自耗重熔工艺对高熵合 金电极棒进行二次熔炼， 精炼完成的合金液在水冷结晶器内凝固成高熵合金锭。 0014 本方法首先进行高熵合金成分分解设。

17、计并制备焊丝， 然后采用集成四丝脉冲气体 保护焊设备增材制备块体高质量高熵合金， 加工成高熵合金电极， 最后再采用真空自耗重 熔工艺对高熵合金电极进行进一步精炼， 从而获得成分和组织均匀、 组织致密、 纯净度高、 没有缺陷的高质量高熵合金。 0015 该高熵合金双联工艺制备方法的基本原理如下： 0016 首先， 根据合金元素组成、 含量及物化性质进行高熵合金的成分分解， 分解设计4 根焊丝的种类和焊丝元素的组成、 含量、 存在形式及存在位置， 使得每根焊丝的成分物化性 质接近， 从而能够制备含有熔点、 沸点及密度等物化性质差异大的合金元素的高熵合金。 这 是由于在焊接时， 焊丝端部的温度受到焊。

18、丝电极的熔点和沸点限制， 使得不同种类的焊丝 端部的温度不同， 高熔点焊丝端部温度高， 低熔点焊丝端部温度低， 这样确保采用集成四丝 脉冲气体保护焊设备制备复杂高熵合金时， 每个焊丝端部的温度合适， 使得高熔点焊丝能 够充分熔化， 低熔点焊丝能够避免烧损， 确保合金元素顺利过渡到熔池中， 从而使得可选的 合金元素范围广， 能够制备含有熔点、 沸点及密度等物化性质差异大的合金元素的高熵合 金， 制备的高熵合金种类多； 同时， 合金成分调节参数多， 能够通过设计4根焊丝成分、 焊丝 直径、 送丝速度等来调节所需成分的高熵合金， 使得合金成分调节非常方便， 解决了复杂合 金成分的配比难题。 0017。

19、 其次， 采用集成四丝脉冲气体保护焊设备高效的增材制造块体高熵合金， 为真空 自耗重熔工艺提供组织致密均匀、 成分均匀、 无缺陷的高质量高熵合金。 采用的集成四丝脉 冲气体保护焊设备特点是4根焊丝共用一把焊枪， 4个导电嘴完全绝缘， 各焊丝均有独立焊 接电源， 四丝的任何参数都可以独立调节， 焊丝间可以协同控制， 通过控制脉冲电流相位、 脉冲宽度比、 脉冲频率等参数， 使得电弧在4个焊丝与工件间轮流燃烧， 避免电弧间的电磁 干扰， 熔滴轮流过渡， 飞溅小， 形成同一个熔池。 集成四丝脉冲气体保护焊系统制备高熵合 金的优势主要包括三方面： 第一， 能够使熔点、 沸点、 密度等物化性能差异大的高熵。

20、合金元 素充分混合， 确保高熵合金成分和组织的均匀性， 这是由于热输入调节范围大， 通过精确控 制熔池的热循环， 使得熔池处于最佳的形状和具有合适的表面张力、 粘度等物化性质， 保证 说明书 2/11 页 5 CN 111349800 A 5 熔池具有充分的流动性， 同时， 周期性的脉冲电流对熔池产生振荡作用以及轮流燃烧的电 弧依次对熔池产生搅拌作用， 极大的加强了熔池的流动， 从而使得熔池形成规律的循环流 动， 克服了合金元素密度差异大等所带来的成分偏析， 确保不同物化性质的合金元素充分 混合， 使得凝固后的合金成分和组织更加均匀； 第二， 集成四丝脉冲气体保护焊堆焊过程稳 定， 能够消除各。

21、种缺陷， 这是由于电弧间协同控制， 电弧在焊丝与工件间轮流燃烧， 即其中1 根焊丝处于峰值电流时， 另外3根焊丝处于基值电流， 使得能够克服电弧间的电磁干扰作 用， 从而电弧形态稳定， 电弧不发生偏转， 有利于熔滴在各种力作用下顺利过渡， 使得焊接 过程非常稳定， 气孔、 夹渣、 飞溅等缺陷更容易控制； 第三， 集成四丝脉冲气体保护焊系统制 备效率高， 焊枪内通入焊接保护气体， 在焊枪上固定一个拖罩装置， 拖罩随着焊枪同步移 动， 拖罩内通入惰性保护气体， 使增材制造全程在惰性气体保护下进行， 以免发生氧化和氮 化， 同时， 采用的药芯焊丝是无渣型药芯焊丝， 焊接过程不产生熔渣， 无需清渣， 。

22、确保增材制 造的连续性和高效性。 因此， 该制备方法具有工艺稳定， 合金内部质量好， 制备效率高， 成本 低的特点。 0018 最后， 将增材制造的高质量块体高熵合金加工成圆棒形电极， 采用真空自耗重熔 工艺对高熵合金电极棒进行二次熔炼， 从而获得成分和组织均匀、 组织致密、 纯净度高、 没 有缺陷的高质量高熵合金。 该熔炼工艺稳定， 在真空无渣的条件下， 利用低压直流电弧作热 源， 将高熵合金电极棒逐渐熔化， 精炼完成的合金液在水冷结晶器内凝固成高熵合金锭。 熔 滴通过电弧区向结晶器过渡， 高温合金液与真空大面积接触， 在真空下得到精炼， 熔融金属 在结晶器内汇集成一个大熔池， 继续进行真空。

23、精炼， 在金属熔滴形成和下落过程中以及在 熔池内均发生一系列冶金反应， 进行气体的排除和有害杂质的挥发等， 同时通过结晶器的 强制冷却作用， 得到了消除各种宏观和微观组织缺陷、 成分均匀和组织致密均匀的高熵合 金锭。 总之， 通过真空自耗重熔工艺能够消除各种缺陷， 克服成分偏析， 进一步提高了高熵 合金的纯净度， 使得制备的高熵合金成分和组织更加均匀， 合金内部质量好。 0019 相对于现有技术， 本发明提供的高熵合金双联工艺制备方法， 工艺稳定， 制备效率 高， 成本低， 可选的合金元素范围广， 包括516种主要合金元素， 0-8种次要合金元素， 0-8 种微量合金元素， 能够制备含有熔点、。

24、 沸点及密度等物化性质差异大的合金元素的高熵合 金， 制备的高熵合金种类多， 合金成分调节方便且精确可控， 热输入调节范围大， 能够消除 各种缺陷， 化学成分均匀， 组织致密均匀， 合金纯净度高， 合金内部质量好。 附图说明 0020 图1是本发明集成四丝脉冲气体保护焊系统示意图， 其中， 1、 2、 3、 4和5为高压气 瓶， 6、 7、 8、 9和10为气体减压阀， 11、 12、 13、 14和15为气体流量计， 16、 17、 18和19为送丝盘， 20、 21、 22和23为送丝滚轮， 24、 25、 26和27为弧焊电源， 28为同步控制器， 29为焊枪， 30为拖 罩， 31为焊。

25、缝， 32为电弧， 33为工件。 0021 图2是本发明集成四丝脉冲气体保护焊方法的4根焊丝轴线延伸线与工件接触点 的位置示意图， 其中， 1为引导焊丝轴线延伸线与工件的接触点， 2、 4为两根跟随焊丝轴线延 伸线与工件的接触点， 3为尾随焊丝轴线延伸线与工件的接触点。 说明书 3/11 页 6 CN 111349800 A 6 具体实施方式 0022 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合实施例， 对本发明 进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并不用于 限定本发明。 0023 本发明实施例提供一种高熵合金双联工艺制备方法。 该方。

26、法， 包括以下步骤： 0024 (1)按照要制备的高熵合金元素组成、 含量及物化性质分解设计4根焊丝的种类和 焊丝元素的组成、 含量、 存在形式及存在位置， 然后制备焊丝； 0025 (2)将包括1根引导焊丝、 2根跟随焊丝和1根尾随焊丝的4根焊丝集成排列， 4根焊 丝轴线延伸线与工件的4个接触点连线构成和谐四边形， 引导焊丝的轴线延伸线与工件的 接触点分别和2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间距相等， 尾随焊丝的轴线延 伸线与工件的接触点分别和2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间距相等， 4根焊 丝共用一把焊枪， 4个导电嘴之间相互绝缘， 在焊枪上固定一个拖罩装置， 拖罩随着焊枪。

27、同 步移动， 每根焊丝都配有独立的弧焊电源和送丝机， 采用脉冲电流， 采用同步控制器控制4 台弧焊电源的电流相位， 电弧间协同控制， 形成同一个熔池， 建立集成四丝脉冲气体保护焊 系统； 0026 (3)设定焊接参数， 焊枪内通入焊接保护气体， 拖罩内通入惰性保护气体， 采用集 成四丝脉冲气体保护焊工艺在金属基体表面进行逐层堆积， 协同增材制造块体高熵合金； 0027 (4)将制备的块体高熵合金加工成圆棒形电极， 采用真空自耗重熔工艺对高熵合 金电极棒进行二次熔炼， 精炼完成的合金液在水冷结晶器内凝固成高熵合金锭。 0028 具体地， 步骤(1)中， 根据合金元素组成、 含量及物化性质进行高熵。

28、合金的成分分 解， 分解设计4根焊丝的种类和焊丝元素的组成、 含量、 存在形式及存在位置， 从而使得每根 焊丝的成分物化性质接近， 当焊接时， 焊丝端部的温度受到焊丝电极的熔点和沸点限制， 使 得不同种类的焊丝端部的温度不同， 高熔点焊丝端部温度高， 低熔点焊丝端部温度低， 确保 高熔点焊丝能够充分熔化， 低熔点焊丝能够避免烧损， 从而能够制备含有熔点、 沸点及密度 等物化性质差异大的合金元素的高熵合金。 0029 步骤(2)中， 将4根焊丝集成排列， 4根焊丝轴线延伸线与工件的4个接触点连线构 成和谐四边形， 4根焊丝共用一把焊枪， 4个导电嘴完全绝缘， 各焊丝均有独立焊接电源和送 丝机， 。

29、四丝的任何参数都可以独立调节， 焊丝间可以协同控制， 采用脉冲电流， 采用同步控 制器控制4台弧焊电源的电流相位， 使得能够制备组织致密均匀、 成分均匀、 无缺陷的高质 量高熵合金。 一方面， 这是由于热输入调节范围大， 通过精确控制熔池的热循环， 使得熔池 处于最佳的形状和具有合适的表面张力、 粘度等物化性质， 保证熔池具有充分的流动性， 同 时， 周期性的脉冲电流对熔池产生振荡作用以及轮流燃烧的电弧依次对熔池产生搅拌作 用， 极大的加强了熔池的流动， 从而使得熔池形成规律的循环流动， 确保不同物化性质的合 金元素充分混合， 使得凝固后的合金成分和组织更加均匀； 另一方面， 由于电弧间协同控。

30、 制， 电弧在焊丝与工件间轮流燃烧， 即其中1根焊丝处于峰值电流时， 另外3根焊丝处于基值 电流， 使得能够克服电弧间的电磁干扰作用， 从而电弧形态稳定， 电弧不发生偏转， 有利于 熔滴在各种力作用下顺利过渡， 形成同一个熔池， 使得焊接过程非常稳定， 能够消除气孔、 夹渣、 飞溅等各种缺陷； 0030 步骤(3)中， 焊枪内通入焊接保护气体， 拖罩内通入惰性保护气体， 使增材制造全 说明书 4/11 页 7 CN 111349800 A 7 程在惰性气体保护下进行， 以免堆焊金属发生氧化和氮化， 确保增材制造的连续性和高效 性， 采用集成四丝脉冲气体保护焊系统以增材制造方式高效的逐层堆积制备。

31、块体高质量高 熵合金。 0031 步骤(4)中， 采用真空自耗重熔工艺对高熵合金电极棒进行二次熔炼， 在真空无渣 的条件下， 将高熵合金电极棒逐渐熔化， 在金属熔滴形成和下落过程中以及在熔池内均发 生一系列冶金反应， 进行气体的排除和有害杂质的挥发等， 通过真空精炼， 进一步提高了高 熵合金的纯净度， 同时通过结晶器的强制冷却作用， 得到了消除各种宏观和微观组织缺陷、 成分均匀和组织致密均匀、 纯净度高的高质量高熵合金锭。 0032 优选地， 所述主要合金元素选自Sc、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Y、 Zr、 Nb、 Mo、 Ru、 Rh、 Pd、 。

32、Ag、 Hf、 Ta、 W、 Re、 Li、 Al、 Mg、 Sn、 Si、 Ge、 Gd、 B或C； 所述次要合金元素选自C、 Si、 B、 P、 N、 Sc、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Y、 Zr、 Nb、 Mo、 Ru、 Rh、 Pd、 Ag、 Pt、 Hf、 Ta、 W、 Re、 Pb、 Au、 La、 Ce、 Nd、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Yb、 Al、 Mg、 Li、 Sn或Ge； 所述微量合金元素选自C、 Si、 B、 N、 P、 Al、 Mg、 Mn、 Ti、 Nb、 V、 Zr、 Y、 La、 Hf、 W、 Ta、 Re、。

33、 Ir、 Pt、 Au、 Ru、 Rh、 Ca、 Sr、 Pb、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Yb、 Ce、 Nd、 Pr 或Sn， 主要合金元素、 次要合金元素和微量合金元素相互配合， 调控高熵合金组织， 改善高 熵合金性能， 获得不同种类的高性能高熵合金。 0033 优选地， 所述焊丝的种类包括实心焊丝和药芯焊丝， 每根实心焊丝包括1-15种合 金元素， 每根药芯焊丝包括2-16种合金元素， 4根焊丝配合实现高熵合金成分的调节， 同时， 采用的药芯焊丝是无渣型药芯焊丝， 焊接过程不产生熔渣， 无需清渣， 确保增材制造的连续 性和高效性。 0034 优选地， 所述高熵合金元素中熔点为32。

34、003800的高熔点合金元素的存在形 式为合金， 所述高熵合金元素中熔点为150800的低熔点合金元素的存在位置为实心 焊丝或药芯焊丝的合金外带中的至少一种情况， 以使高熔点合金元素充分熔化， 避免低熔 点合金元素烧损， 保证合金元素顺利过渡到熔池中。 0035 优选地， 所述引导焊丝的轴线延伸线与工件的接触点分别和2根跟随焊丝的轴线 延伸线与工件的接触点的间距为830mm， 尾随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点分别和2 根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间距为840mm， 2根跟随焊丝的轴线延伸线与 工件的接触点的间距为825mm， 在平行于焊接方向上的引导焊丝与焊枪的拖角为0 25 ， 。

35、在平行于焊接方向上的尾随焊丝与焊枪的推角为0 25 ， 在垂直于焊接方向上的2根 跟随焊丝与焊枪的倾角为0 25 ， 通过控制4根焊丝间的位置和间距， 减少电弧之间的干 扰， 使得4个焊丝协同作用， 形成同一个熔池， 有利于合金成分和组织均匀。 0036 优选地， 4根焊丝共用一把焊枪， 4个导电嘴之间相互绝缘， 每根焊丝都配有独立的 弧焊电源和送丝机， 采用同步控制器控制4台弧焊电源的电流相位， 引导焊丝和2根跟随焊 丝间的脉冲电流相位差为90 ， 尾随焊丝和2根跟随焊丝间的脉冲电流相位差为90 ， 2根跟 随焊丝间的脉冲电流相位差为180 ， 引导焊丝和尾随焊丝间的脉冲电流相位差为180 。

36、， 使 得电弧在4根焊丝与工件间轮流燃烧， 其中1根焊丝处于峰值电流时， 另外3根焊丝处于基值 电流， 克服了电弧间的电磁干扰作用， 4个电弧互不干扰， 从而电弧形态稳定， 使得4根焊丝 末端熔滴轮流顺利过渡， 焊接过程非常稳定， 同时， 由于周期性的脉冲电流对熔池产生振荡 作用以及轮流燃烧的电弧依次对熔池产生搅拌作用， 使得不同物化性质的合金元素充分混 合， 消除各种缺陷， 合金成分和组织更加均匀。 说明书 5/11 页 8 CN 111349800 A 8 0037 优选地， 供气系统由4套独立的供气系统组成， 每套供气系统由1个高压气瓶、 1个 气体减压阀、 1个气体流量计及1根送气管组。

37、成， 每套供气系统的气体流量能够独立控制， 由 送气管输送到焊枪， 用于形成稳定的电弧及保护焊接区金属不被氧化和氮化。 0038 优选地， 焊枪内通入的焊接保护气体为He、 Ar中的至少一种， 每个送气管气路的流 量为1540L/min， 一方面， 焊接保护气体作为产生电弧的介质， 维持电弧稳定燃烧， 使堆焊 过程顺利进行， 另一方面， 焊接保护气体保护熔滴和熔池， 避免焊接区金属被氧化和氮化， 保证高熵合金的质量， 确保增材制造的连续性和高效性。 0039 优选地， 拖罩内通入的惰性保护气体为He、 Ar中的至少一种， 气体流量为3080L/ min， 用来保护刚堆焊后处于高温的高熵合金， 。

38、使其冷却后的高熵合金表面不被氧化和氮 化， 保证高熵合金的质量， 确保增材制造的连续性和高效性。 0040 优选地， 集成四丝脉冲气体保护焊工艺采用直流反接或直流正接， 焊丝直径为0.6 2.4mm， 基值电流为20150A， 峰值电流为200800A， 脉冲宽度比为1040， 脉冲频 率为10200Hz， 送丝速度为322m/min， 焊接速度为0.43m/min， 焊丝干伸长度为8 25mm设定每根焊丝的工艺参数， 调控焊接热输入和合金成分， 完成堆焊。 0041 优选地， 所述真空自耗重熔工艺的真空度为0.01331.33Pa， 熔炼电压为16 30V， 电极弯曲度小于5mm/m， 在真。

39、空无渣条件下， 利用低压直流电弧作热源， 将高熵合金电 极棒逐渐熔化， 在金属熔滴形成和下落过程中以及在熔池内进行冶金反应， 有效去除气体 和有害杂质等， 进一步提高高熵合金的纯净度， 消除各种缺陷， 使得制备的高熵合金内部质 量优良， 没有缺陷， 纯净度高， 组织致密， 成分和组织更加均匀。 0042 本方法制备工艺稳定， 制备效率高， 成本低， 可选的合金元素范围广， 包括516种 主要合金元素， 0-8种次要合金元素， 0-8种微量合金元素， 能够制备含有熔点、 沸点及密度 等物化性质差异大的合金元素的高熵合金， 制备的高熵合金种类多， 合金成分调节方便且 精确可控， 热输入调节范围大，。

40、 能够消除各种缺陷， 化学成分均匀， 组织致密均匀， 合金纯净 度高， 合金内部质量好。 0043 为了更好的说明本发明提供的高熵合金双联工艺制备方法， 下面通过实施例做进 一步的举例说明。 0044 实施例1 0045 一种高熵合金Al17Co13Cr20Fe13Ni22V5.5C1.4Mg1.5Mn1.5Mo1.4Ti1W2.3Nb0.4， 制备方法包括 如下步骤： 0046 (1)按照要制备的高熵合金元素组成、 含量及物化性质分解设计4根焊丝的种类和 焊丝元素的组成及含量， 如表1所示， 其中， 高熔点合金元素存在形式为合金， 低熔点合金元 素存在位置为实心焊丝， 实心焊丝1、 实心焊丝。

41、2、 实心焊丝3及实心焊丝4的直径均为0.8mm， 然后制备焊丝。 0047 表1焊丝种类、 元素组成及含量(wt) 0048 编号AlNiCrFeCoMoWTiNbMnMgVC 实心焊丝19217 实心焊丝2 4927511116 实心焊丝3 10213451611.520.5 实心焊丝4 23163888222.50.5 说明书 6/11 页 9 CN 111349800 A 9 0049 (2)设定焊接参数， 焊枪内通入焊接保护气体， 拖罩内通入惰性保护气体， 采用集 成四丝脉冲气体保护焊工艺在金属基体表面进行逐层堆积， 电弧间协同控制， 电弧在4根焊 丝与工件间轮流燃烧， 形成同一个熔。

42、池， 协同增材制造块体高熵合金。 引导焊丝的轴线延伸 线与工件的接触点分别和2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间距为10mm， 尾随 焊丝的轴线延伸线与工件的接触点分别和2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间 距为10mm， 2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间距为10mm， 在平行于焊接方向上 的引导焊丝与焊枪的拖角为0 ， 在平行于焊接方向上的尾随焊丝与焊枪的推角为0 ， 在垂 直于焊接方向上的2根跟随焊丝与焊枪的倾角为0 ， 引导焊丝和2根跟随焊丝间的脉冲电流 相位相差90 ， 尾随焊丝和2根跟随焊丝间的脉冲电流相位相差90 ， 2根跟随焊丝间的脉冲 电流相位相差180 。

43、， 引导焊丝和尾随焊丝间的脉冲电流相位相差180 ， 焊枪内通入的焊接 保护气体为He气体， 每个气路的气体流量为35L/min， 托罩内通入的惰性保护气体为He气 体， 气体流量为45L/min， 采用直流反接， 焊接工艺参数如表2所示。 0050 表2焊接工艺参数 0051 0052 (3)将制备的块体高熵合金加工成圆棒形电极， 采用真空自耗重熔工艺对高熵合 金电极棒进行二次熔炼， 精炼完成的合金液在水冷结晶器内凝固成高熵合金锭， 真空自耗 重熔工艺的真空度为0.02Pa， 熔炼电压为19V， 电极弯曲度为4mm/m。 0053 实施例2 0054 一种高熵合金Co8.5Cr17Cu21F。

44、e12Mo6.6Ni26B1.4Sn1.2Ti1.6V0.9W0.6Y1.1Zn1Al0.3Mn0.4Ta0.4， 制备方法包括如下步骤： 0055 (1)按照要制备的高熵合金元素组成、 含量及物化性质分解设计4根焊丝的种类和 焊丝元素的组成及含量， 如表3所示， 其中， 高熔点合金元素存在形式为合金， 低熔点合金元 素存在位置为实心焊丝， 实心焊丝1、 实心焊丝2、 药芯焊丝3及实心焊丝4的直径均为1.0mm， 然后制备焊丝。 0056 表3焊丝种类、 元素组成及含量(wt) 0057 0058 (2)设定焊接参数， 焊枪内通入焊接保护气体， 拖罩内通入惰性保护气体， 采用集 成四丝脉冲气体。

45、保护焊工艺在金属基体表面进行逐层堆积， 电弧间协同控制， 电弧在4根焊 丝与工件间轮流燃烧， 形成同一个熔池， 协同增材制造块体高熵合金。 引导焊丝的轴线延伸 说明书 7/11 页 10 CN 111349800 A 10 线与工件的接触点分别和2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间距为12mm， 尾随 焊丝的轴线延伸线与工件的接触点分别和2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间 距为15mm， 2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间距为12mm， 在平行于焊接方向上 的引导焊丝与焊枪的拖角为5 ， 在平行于焊接方向上的尾随焊丝与焊枪的推角为5 ， 在垂 直于焊接方向上的2根跟随焊丝。

46、与焊枪的倾角为5 ， 引导焊丝和2根跟随焊丝间的脉冲电流 相位相差90 ， 尾随焊丝和2根跟随焊丝间的脉冲电流相位相差90 ， 2根跟随焊丝间的脉冲 电流相位相差180 ， 引导焊丝和尾随焊丝间的脉冲电流相位相差180 ， 焊枪内通入的焊接 保护气体为Ar气体， 每个气路的气体流量为18L/min， 托罩内通入的惰性保护气体为Ar气 体， 气体流量为35L/min， 采用直流正接， 焊接工艺参数如表4所示。 0059 表4焊接工艺参数 0060 0061 (3)将制备的块体高熵合金加工成圆棒形电极， 采用真空自耗重熔工艺对高熵合 金电极棒进行二次熔炼， 精炼完成的合金液在水冷结晶器内凝固成高熵。

47、合金锭， 真空自耗 重熔工艺的真空度为0.03Pa， 熔炼电压为22V， 电极弯曲度3mm/m。 0062 实施例3 0063 一种高熵合金Al6Co14Cr11Cu14Fe11Nb6Ni14Ti8V11Si2.5Sn1Zr0.6Hf0.1Mn0.1Mo0.4W0.3， 制 备方法包括如下步骤： 0064 (1)按照要制备的高熵合金元素组成、 含量及物化性质分解设计4根焊丝的种类和 焊丝元素的组成及含量， 如表5所示， 其中， 高熔点合金元素存在形式为合金， 低熔点合金元 素存在位置为实心焊丝和药芯焊丝的合金外带， 药芯焊丝1和药芯焊丝3的直径均为1.6mm， 实心焊丝2的直径为1.0mm， 。

48、实心焊丝4的直径为1.2mm， 然后制备焊丝。 0065 表5焊丝种类、 元素组成及含量(wt) 0066 编号AlNiCrFeCoMoWTiHfMnZrVNbSnCuSi 药芯焊丝114812280.51.59.50.518150.51.5 实心焊丝290.50.50.250.50.50.2570.5 药芯焊丝321191761180.50.515911 实心焊丝40.50.52.548.584 0067 (2)设定焊接参数， 焊枪内通入焊接保护气体， 拖罩内通入惰性保护气体， 采用集 成四丝脉冲气体保护焊工艺在金属基体表面进行逐层堆积， 电弧间协同控制， 电弧在4根焊 丝与工件间轮流燃烧，。

49、 形成同一个熔池， 协同增材制造块体高熵合金。 引导焊丝的轴线延伸 线与工件的接触点分别和2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间距为18mm， 尾随 焊丝的轴线延伸线与工件的接触点分别和2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间 距为22mm， 2根跟随焊丝的轴线延伸线与工件的接触点的间距为16mm， 在平行于焊接方向上 的引导焊丝与焊枪的拖角为10 ， 在平行于焊接方向上的尾随焊丝与焊枪的推角为10 ， 在 说明书 8/11 页 11 CN 111349800 A 11 垂直于焊接方向上的2根跟随焊丝与焊枪的倾角为12 ， 引导焊丝和2根跟随焊丝间的脉冲 电流相位相差90 ， 尾随焊丝和。

50、2根跟随焊丝间的脉冲电流相位相差90 ， 2根跟随焊丝间的 脉冲电流相位相差180 ， 引导焊丝和尾随焊丝间的脉冲电流相位相差180 ， 焊枪内通入的 焊接保护气体为Ar气体， 每个气路的气体流量为25L/min， 托罩内通入的惰性保护气体为 He、 Ar的混合气体， 气体流量为50L/min， 采用直流反接， 焊接工艺参数如表6所示。 0068 表6焊接工艺参数 0069 0070 (3)将制备的块体高熵合金加工成圆棒形电极， 采用真空自耗重熔工艺对高熵合 金电极棒进行二次熔炼， 精炼完成的合金液在水冷结晶器内凝固成高熵合金锭， 真空自耗 重熔工艺的真空度为0.8Pa， 熔炼电压为17V， 。