本发明涉及高熵合金增材制造，具体涉及一种基于电弧增材制备共晶高熵合金的设备及方法。
背景技术：
1、近年来，一类新型共晶高熵合金得到了材料研究者的广泛关注，由于其兼具了高熵合金和共晶合金的特点使得共晶高熵合金拥有极大的研究价值。然而目前共晶高熵合金的设计理念尚未完善，已经发现的共晶高熵合金尤其是四元共晶高熵合金体系也是少之又少。
2、目前增材制备共晶高熵合金的主要工艺包括激光选区熔化、激光金属沉积以及电子束选区熔化等。尽管基于粉末的增材工艺如slm具有可达微米级制造精度的显著优势，但其本质上仍是粉末冶金过程，所以容易产生气孔缺陷。此外，激光和电子束增材制造对粉末的质量如颗粒的形状、尺寸等要求很高，同时需要昂贵的设备和真空环境大大增加了其制造成本，限制了其工程应用。
3、而专利号cn202110064193.7公开的一种双丝电弧增材制造梯度高熵合金设备及高熵合金的制造方法公开了以焊丝为原材料，通过电弧增材方法实现高熵合金制备的工艺，解决了上述通过粉末等制备的缺陷。
4、但是在共晶高熵合金的制备过程是通过焊丝熔化后的液滴逐层堆叠层积完成的，随着沉积层数的增加，沉积层材料被反复加热、升温、冷却，从而导致热量在沉积层内部积累，因而容易导致沉积层内部的晶粒粗大、裂纹和气孔等缺陷，使得各沉积层之间结合力弱，影响其力学性能。
技术实现思路
1、为了解决以上问题，本发明提供一种基于电弧增材制备共晶高熵合金的设备及方法，通过绞丝电弧增材能够制备共晶高熵合金，避免了通过粉末制备的缺陷，同时通过电弧增材设备中的成形机构，能够挤压增材沉积层，减少气体产生的气孔裂纹，同时提高结合强度。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案：一种电弧增材设备，包括工作台、保护气系统以及位于工作台上方且通过机械臂控制的移动架，所述机械臂连接有控制其移动的控制装置，所述移动架上设置有焊枪以及位于焊枪两侧的送丝机a与送丝机b，所述移动架上还连接有对沉积层挤压的成形机构，所述成形机构位于移动架前进方向的后方；所述成形机构包括设置于移动架上的连接架，所述连接架上设置有垂直工作台表面且可上下滑动的螺杆，所述螺杆朝向工作台的一端设置有贴于增材沉积层上表面的挤压块以及对称设置在挤压块两侧的挤压滚轮，一对所述挤压滚轮沿增材沉积层宽度方向贴合于增材沉积层两侧。
3、本发明进一步设置为，所述连接架包括连接于移动架上的支撑块，所述支撑块远离移动架的一端滑动设置有垂直工作台的螺杆，所述螺杆一端螺纹连接有与支撑块转动连接的螺纹套，所述挤压块设置于螺杆朝向工作台的一端；还包括驱动螺纹套转动的电机，所述电机通过齿轮传动与螺纹套连接。
4、本发明进一步设置为，所述螺杆靠近挤压块的一端设置有沿增材沉积层宽度方向两侧延伸的一对连接杆，所述连接杆端部设置有销轴，所述挤压滚轮通过销轴与连接杆转动连接。
5、本发明进一步设置为，所述连接杆上设置有安装块，所述安装块通过螺栓与连接杆固定；所述安装块底部设置有滑槽，所述挤压滚轮的销轴滑动设置于滑槽内，所述滑槽内还设置有驱动挤压滚轮贴合于增材沉积层侧面的弹簧。
6、本发明进一步设置为，所述螺杆与挤压块之间设置有连接部，所述连接部包括与螺杆连接的安装筒，所述挤压块滑动设置于安装筒底部，所述安装筒内设置有使挤压块上下震动产生超声波的超声波装置；所述安装筒与挤压块之间还抵接有弹簧。
7、一种基于电弧增材制备高强高韧共晶高熵合金的方法，包含以下步骤：
8、a：根据所需打印的共晶高熵合金体系，通过公式计算出各合金的成分占比，并准备对应数量的镍铬合金丝、单质钴丝以及单质铝丝；
9、b：通过绞丝设备将镍铬合金丝与单质钴丝以2：1的比例进行绞合，制成绞丝备用；
10、c：将步骤b中得到的绞丝与单质铝焊丝分别放入电弧增材设备的送丝机a与送丝机b中，送丝机a与送丝机b均与移动架连接，实现与焊枪的同步移动；
11、d：调试参数，通过对电弧增材设备中控制装置调节机械臂，从而控制两个送丝机的送丝速度以及移动架的移动速度，通过控制移动架的移动速度来控制焊接设备移动速度来获得增材电压与电流；
12、e:规划路径，将增材模型导入计算机，将焊缝宽度、焊缝高度输入计算机，设置合理的搭接率和层间冷却时间选择合适的增材路径完成路径规划，并对成形机构中的一对挤压滚轮宽度进行调整，使其与焊缝宽度对应；
13、f：将规划好的增材路径发送至控制装置中，控制焊枪以及送丝机进行自动焊接增材，并带动成形机构同步移动；同时启动保护气系统；
14、g：每打印一层后等待增材试样冷却，在层间等待的时候对增材试样进行打磨去除表面的氧化层，并对增材试样的高度和宽度进行测量记录，同时机械臂调整连接架的位置，使挤压块与挤压滚轮始终位于移动架移动方向的后方；
15、h：循环程序直至增材结束，即可得到制备的共晶高熵合金试样。
16、本发明进一步设置为，所述步骤a中的镍铬合金丝与单质钴丝的直径均为0.6毫米。
17、本发明进一步设置为，所述步骤a中的单质铝焊丝牌号为er1070，焊丝的直径为0.8毫米。
18、本发明进一步设置为，所述步骤d中的绞丝送丝速度为7.0m/min，铝焊丝送丝速度为2.9m/min,焊枪移动速度为4m/s，增材电压为13.7v，电流为132a。
19、本发明进一步设置为，所述步骤f中增材过程采用的保护气为氩气，气流量为20l/min。
20、综上所述，本发明的有益效果：
21、与现有技术相比，本发明通过挤压块的设置，能够对处于热塑性状态的增材沉积层由上至下进行挤压，使沉积层发送变形同时被压实，从而排出凝固过程中沉积层内部的气体，减少或消除其内部的裂纹和气孔等缺陷，同时能够挤压力加强沉积层之间的结合强度，大幅提高增材制造结构件的组织和性能。
22、而在挤压块两侧设置挤压滚轮，能够在侧面对沉积层产生挤压的作用，使尚处于热塑性状态的增材沉积层强制成形，同时来阻止沉积层顶部由于挤压块的挤压而从侧面被挤出。
23、而通过在挤压块上设置的超声波装置，能够使挤压块震动发出超声波对热塑性状态的沉积层进行震动，从而促使沉积层内部的气体溢出，减少气泡率。
24、并且相比于现有的共晶高熵合金制备技术，本方案使用电弧作为热源，使用丝材作为原料大大降低了制备和原料成本使用多股绞丝作为焊丝，提高了共晶成分设计的灵活性，并使增材效率得到了提升；将形成共晶的主要元素成分al单独送丝使共晶成分更可控；通过优化增材的工艺参数，提高了共晶高熵合金的致密性，内部无裂纹和气孔等宏观缺陷，提高了共晶高熵合金的力学性能
1.一种电弧增材设备，包括工作台(1)、保护气系统以及位于工作台(1)上方且通过机械臂(18)控制的移动架(2)，所述机械臂(18)连接有控制其移动的控制装置(3)，所述移动架(2)上设置有焊枪(4)以及位于焊枪(4)两侧的送丝机a(5)与送丝机b(6)，其特征在于，所述移动架(2)上还连接有对沉积层挤压的成形机构(7)，所述成形机构(7)位于焊枪(4)前进方向的后方；所述成形机构(7)包括设置于移动架(2)上的连接架(71)，所述连接架(71)上设置有垂直工作台(1)表面且可上下升降的螺杆(713)，所述螺杆(713)朝向工作台(1)的一端设置有贴于处于热塑性状态增材沉积层上表面的挤压块(73)以及对称设置在挤压块(73)两侧的挤压滚轮(74)，一对所述挤压滚轮(74)沿增材沉积层宽度方向贴合于增材沉积层两侧。
2.根据权利要求1所述的一种电弧增材设备，其特征在于，所述连接架(71)包括连接于移动架(2)上的支撑块(711)，所述支撑块(711)远离移动架(2)的一端滑动设置有垂直工作台(1)的螺杆(713)，所述螺杆(713)一端螺纹连接有与支撑块(711)转动连接的螺纹套(712)，所述挤压块(73)设置于螺杆(713)朝向工作台(1)的一端；还包括驱动螺纹套(712)转动的电机(714)，所述电机(714)通过齿轮传动与螺纹套(712)连接。
3.根据权利要求2所述的一种电弧增材设备，其特征在于，所述螺杆(713)靠近挤压块(73)的一端设置有沿增材沉积层宽度方向两侧延伸的一对连接杆(8)，所述连接杆(8)端部设置有销轴(9)，所述挤压滚轮(74)通过销轴(9)与连接杆(8)转动连接。
4.根据权利要求3所述的一种电弧增材设备，其特征在于，所述连接杆(8)上设置有安装块(10)，所述安装块(10)通过螺栓(19)与连接杆(8)固定；所述安装块(10)底部设置有滑槽(11)，所述挤压滚轮(74)的销轴(9)滑动设置于滑槽(11)内，所述滑槽(11)内还设置有驱动挤压滚轮(74)贴合于增材沉积层侧面的弹簧(12)。
5.根据权利要求2所述的一种电弧增材设备，其特征在于，所述螺杆(713)与挤压块(73)之间设置有连接部，所述连接部包括与螺杆(713)连接的安装筒(13)，所述挤压块(73)滑动设置于安装筒(13)底部，所述安装筒(13)内设置有使挤压块(73)上下震动产生超声波的超声波装置(14)；所述安装筒(13)与挤压块(73)之间还抵接有弹簧(12)。
6.一种基于电弧增材制备高强高韧共晶高熵合金的方法，采用权利要求1-5中任一所述的电弧增材设备，其特征在于，包含以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种基于电弧增材制备高强高韧共晶高熵合金的方法，其特征在于，所述步骤a中的镍铬合金丝与单质钴丝的直径均为0.6毫米。
8.根据权利要求6所述的一种基于电弧增材制备高强高韧共晶高熵合金的方法，其特征在于，所述步骤a中的单质铝焊丝牌号为er1070，焊丝的直径为0.8毫米。
9.根据权利要求6所述的一种基于电弧增材制备高强高韧共晶高熵合金的方法，其特征在于，所述步骤d中的绞丝送丝速度为7.0m/min，铝焊丝送丝速度为2.9m/min,焊枪(4)移动速度为4m/s，增材电压为13.7v，电流为132a。
10.根据权利要求6所述的一种基于电弧增材制备高强高韧共晶高熵合金的方法，其特征在于，所述步骤f中增材过程采用的保护气为氩气，气流量为20l/min。
