国家标准计划《增材制造用高熵合金粉》由 TC243(全国有色金属标准化技术委员会)归口,TC243SC4(全国有色金属标准化技术委员会粉末冶金分会)执行 ,主管部门为中国有色金属工业协会。
主要起草单位 江苏威拉里新材料科技有限公司 、中国科学院兰州化学物理研究所 。
77 冶金 |
77.160 粉末冶金 |
国务院颁布的《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》(2017 年 第 1 号公告)指出,金属粉末材料是战略性新兴产业新材料产业重点产品之一。
工信部〔2018〕262 号《重点新材料首批次应用示范指导目录(2018 年版)》将3D 打印(增材制造)用合金粉末纳入重点新材料目录。
真空气雾化法是国内外普遍采用制备增材制造用金属粉末的方法,其是指在惰性气体保护的条件下,用高速惰性气流将液态金属流粉碎为小液滴并快速冷凝成粉末的过程。
申报单位通过对气雾化生产设备进行改进,生产出成分均匀稳定,氧氮含量低、流动性好的高熵合金粉末,完全满足增材制造技术对高熵合金粉末的要求。
高熵合金与传统合金相比,其具备良好的耐腐蚀、耐磨、耐高温、抗辐射、以及软磁性等优异的综合性能,其应用层面极其多样化,特别是在发动机工业、硬质刀具工业、海洋工程、核工业等工业领域的合金材料研究、推广应用上具有极大的提升发展空间。
传统的高熵合金零部件加工制造的技术路线一般为先采用熔炼法或粉末冶金法获得高熵合金块体材料,再通过后续机械加工的方法获得高熵合金零部件。
然而,这种方法存在如下缺点:一方面,应用熔炼法制备的高熵合金组织中难以避免成分偏析、组织粗大、缩孔和缩松等冶金缺陷,不得不采用后续的热处理、锻造、轧制等技术手段来改善其组织和性能,造成生产周期较长,成本较高;另一方面,高熵合金中通常含有较多的Co、V、Ni等价格昂贵的元素,如果采用车、铣、刨和磨等常规的机械加工技术,通过去除材料的方式成形高熵合金零部件,将会造成合金原料极大的浪费,使其成本进一步提高,因而限制了其在工业领域的广泛应用。
而采用增材制造技术制造高熵合金零部件是目前解决这一技术瓶颈的有效途径,因为增材制造技术是一种快速成型、无需模型的近净成型技术。
随着增材制造技术的发展,高熵合金粉末在3D打印激光熔覆、喷涂等方面的应用逐步增多,其性能特点可以通过增材制造工艺充分发挥,成为核工业、航空航天、军工产品等高端行业关键零部件的关键材料。
高品质的粉末是增材制造技术的基础,是相关新兴高技术产业的先导。
高性能、低成本粉末的广泛应用不仅改变增材制造技术发展的生产内容,而且促进了生产方式的变革。
国家标准化管理委员会颁布的《装备制造业标准化和质量提升规划 》(国质检标联〔2016〕396号)提出推动重点领域标准化突破,提升装备制造业质量竞争力,其中新材料领域指出重点制定新一代高温合金及耐蚀合金标准。
高熵合金具有广阔的市场前景,目前国内外尚没有明确的标准予以对应。
为了能使该材料更好地得到应用,制定相应的国家标准就成为迫切需要解决的问题。
制定《增材制造用高熵合金粉末》标准,不仅可以规范企业的产品设计、质量控制,加速提升企业的研发、制造水平,也为产、供、销三方提供了基本的技术数据和使用依据。
规范和引导系列增材制造用高熵合金粉末材料的质量控制、合理使用,对进一步完善我国基础材料标准体系、中国制造2025具有积极意义。
本标准针对不同增材制造工艺(电子束选区熔化EBM、激光选区熔化SLM、激光立体成形LENS)对粉末性能要求的不同,规定了增材制造用高熵合金粉末的应用范围、规范性引用文件、性能要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存等内容。 本标准规定了FeCoNiCrMn,FeCoNiCrMo,FeCoNiCrAl,FeCoNiCr共四种高熵合金牌号和要求。其中性能要求包括:化学成分、粉末粒度、流动性、球形度、松装密度、振实密度等。