[發(fā)明專利]一種制備Al0.5CoCrFeNi高熵合金的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710155516.7
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106756412B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李金山;郭桐;寇宏超;王毅;唐斌;其他發(fā)明人請求不公開姓名
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/03
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種制備Al_0.5CoCrFeNi高熵合金的方法，以中間合金為原料，極大地降低了低熔點(diǎn)元素Al在熔煉過程中的揮發(fā)。同時采用真空感應(yīng)加熱設(shè)備，利用感應(yīng)加熱設(shè)備所具有的電磁攪拌效果，使鑄錠的成分均勻性得到保證。本發(fā)明間接減小了最低熔點(diǎn)金屬Al與最高熔點(diǎn)金屬Cr之間的熔點(diǎn)差，避免了低熔點(diǎn)Al單質(zhì)在熔煉過程中的過度揮發(fā)問題，利用感應(yīng)加熱中存在的電磁攪拌效果使多主元高熵合金的成分均勻性得到保證。通過合理地設(shè)計熔煉過程中的氣氛、氣壓、模具預(yù)熱溫度、熔煉溫度、保溫時間、澆鑄速度等參數(shù)，成功地制備出大體積Al_0.5CoCrFeNi高熵合金鑄錠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高熵合金材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種利用感應(yīng)加熱設(shè)備和中間合金原料制備大體積Al_0.5CoCrFeNi高熵合金的方法。

背景技術(shù)

高熵合金以其獨(dú)特的合金設(shè)計理念和優(yōu)異的性能吸引了廣大科研人員的關(guān)注。高的混合熵促使高熵合金凝固后表現(xiàn)為簡單的面心立方(FCC)、體心立方(BCC)等固溶體結(jié)構(gòu)。獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使高熵合金在眾多方面擁有優(yōu)異的性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。例如，高熵合金固溶體結(jié)構(gòu)在高溫時具有好的熱穩(wěn)定性和強(qiáng)度，這一特性使其有望在航空發(fā)動機(jī)、輪船發(fā)動機(jī)、超超臨界電站鍋爐關(guān)鍵金屬部件等領(lǐng)域得到應(yīng)用；高熵合金中的某些元素可以形成致密的氧化膜，有利于開發(fā)出高溫耐氧化和高溫耐腐蝕的涂層材料。

高熵合金擁有巨大的工程應(yīng)用前景，然而其工程化應(yīng)用研究卻受限制于大體積合金錠的制備。目前高熵合金的制備方法主要分為以下五類，分別是：真空熔煉法、粉末冶金法、機(jī)械合金化法、激光熔覆法以及電化學(xué)沉積法。真空熔煉法是大多數(shù)研究者制備高熵合金所采用的方法，其主要工藝為：將一定比例的純金屬放入坩堝，然后于真空爐中反復(fù)抽真空后充入氬氣作為保護(hù)氣體，待全部均勻熔化后于水冷銅模中澆鑄成型。粉末冶金法是一種以金屬或非金屬粉末為原料，經(jīng)過壓制成型、燒結(jié)，制造金屬材料的一種工藝。機(jī)械合金化法是利用高能球磨機(jī)或研磨機(jī)對合金粉末進(jìn)行長時間的激烈沖擊碰撞，使粉末顆粒反復(fù)產(chǎn)生冷焊、斷裂，導(dǎo)致粉末顆粒中原子擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)固態(tài)合金化的一種方法。激光熔覆技術(shù)主要用來制備高熵合金涂層。該方法利用高能激光束輻照鋪設(shè)在基材表面的熔覆材料，通過迅速熔化、擴(kuò)展和凝固來實(shí)現(xiàn)在基材表面形成熔覆層。而電化學(xué)沉積主要用于制備高熵合金薄膜，實(shí)際研究較少。以上五種方法均實(shí)現(xiàn)了高熵合金的制備，但無論是利用上述五種方法抑或是別的特殊方法，目前制備大體積高熵合金的報道極少，這與高熵合金多主元的特點(diǎn)有關(guān)。高熵合金各主元元素之間熔點(diǎn)差異大，低熔點(diǎn)的元素比如Al在高熔點(diǎn)元素熔化前存在嚴(yán)重?fù)]發(fā)。另外，多主元特點(diǎn)使得成分均勻性成為大體積高熵合金制備的另外一個難點(diǎn)。目前，學(xué)者們多采用真空電弧熔煉獲得重量為幾十克的紐扣錠或幾十克的板狀鑄錠、棒狀鑄 錠。基于小鑄錠的相關(guān)實(shí)驗大多停留在合金元素添加、熱處理、冷軋等，力學(xué)性能研究也停留在硬度測試、壓縮實(shí)驗、非標(biāo)樣的拉伸實(shí)驗等，嚴(yán)重阻礙了高熵合金的工程化應(yīng)用研究。國外研究者中，有學(xué)者通過真空電弧熔煉獲得了重475g CoCrFeMnNi高熵合金(F.Otto,et.al.The influences of temperature and microstructure on the tensileproperties of a CoCrFeMnNi high-entropy alloy,Acta Materialia 61(2013)5743-5755)。北京科技大學(xué)呂昭平等人利用真空感應(yīng)加熱，在BN坩堝中熔煉了2.5kgAlCoCrFeNi_2.1高熵合金，并將其澆鑄到MgO模具中，得到重約2.5kg的AlCoCrFeNi_2.1高熵合金，進(jìn)而利用鑄錠進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)試樣的拉伸。

本發(fā)明通過合理設(shè)計高熵合金熔煉工藝，采用中間合金為原料，基于真空感應(yīng)加熱方法，成功制備出大體積Al_0.5CoCrFeNi高熵合金，經(jīng)過成分、組織以及物相分析，驗證了高熵合金鑄錠的組織均勻性與成分均勻性，為高熵合金的工程化應(yīng)用打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容