哈尔滨理工大学工学硕士学位论文
PREP法制备选区激光熔化用Al0.5CoCrFeNi高熵合
金粉末的研究
摘要
随着对选区激光熔化（SelectiveLaserMelting，SLM）制备Al0.5CoCrFeNi
高熵合金研究的深入，对原料粉末的研究显得更为重要。等离子旋转电极雾化
（PlasmaRotatingElectrodeProcess,PREP）制备的粉末球形度高，粒度分布集
中，满足SLM的原料要求。但目前尚未有使用PREP制备优质高熵合金粉末的
相关研究。因此，需要系统研究PREP制粉工艺对粉末性能的影响规律。
本文采用PREP制备了高品质Al0.5CoCrFeNi高熵合金粉末，对粉末的粒度
分布、球形度、收得率、流动性、松装密度和振实密度分别进行了测试。采用
SEM和XRD等测试方法分别对粉末的微观组织、化学组成和相组成进行了分
析。通过研究工艺参数对粉末性能的影响，确定了最佳制粉工艺参数，探究了
粉末粒径对微观组织、相组成和冷却速率之间的影响。本文的主要研究内容及
结果如下：
采用PREP制备Al0.5CoCrFeNi高熵合金粉末，通过调整电极转速和电流强
度，分析工艺参数对粉末性能的影响。结果表明，在电流650A、转速40000
r/min的PREP工艺下制备的粉末粒度分布集中，中值粒径D50为38.7μm。
通过统计模型计算了粉末的粒度分布，并据此推导出了可根据电极转速预
测粉末平均粒度和粒度分布的公式，公式预测结果与实际粉末平均粒度一致性
较好。
对最佳PREP工艺下制备的粉末的组织和性能进行了表征与分析。粉末化
学成分与棒材接近，表面和内部不存在元素偏析。随着粉末粒度的减小，表面
形貌由树枝晶向胞状晶转变，截面形貌由条状晶向细小胞状晶转变。随着粉末
粒径减小，冷却速率增大。粉末主要由面心立方相和体心立方相构成的双相结
构组成，随着粉末粒度的减小，面心立方相降低，体心立方相增加。这是由于
粉末粒径的减小导致粉末冷却速率的增加，而FCC相的形成需要较慢的冷却速
率，以便原子能够通过扩散过程排列成有序的FCC结构。因此，较高的冷却速
率倾向于形成非平衡的亚稳态BCC结构。此外，较高的冷却速率降低了不同元
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素之间的固溶度，限制了元素之间的扩散，从而抑制了FCC相的形成。
以最佳PREP工艺制备的粉末为原料，通过SLM工艺制备了Al0.5CoCrFeNi
高熵合金，随后对其组织与力学性能进行了分析。成形件的截面存在孔隙较
少，致密度为98.5%，屈服强度为531MPa，抗拉强度为902MPa，断后伸长
率为16%。验证了采用PREP制备的Al0.5CoCrFeNi高熵合金粉末可作为SLM
工艺的原料。
关键词等离子旋转电极；3D打印；球形粉末；高熵合金；冷却速度
-II-
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ResearchofAl0.5CoCrFeNiHEAPowderPrepared
byPlasmaRotatingElectrodeProcessforSelective
LaserMelting
Abstract
WiththefurtherresearchonthepreparationofAl0.5CoCrFeNihigh-entropy
alloys(HEA)bySelectiveLaserMelting(SLM),thestudyoftherawmaterialpowder
becomesmoreimportant.ThepowderpreparedbyPlasmaRotat