[發明專利]一種耐腐蝕性能良好的鋁鈷鐵鎳鉻高熵合金的制備方法

在審

• 申請號: 201910311354.0
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110172628A
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 趙宇宏;王帥;程鵬;郭慶偉;侯華
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 江淑蘭

1.一種耐腐蝕性能良好的鋁鈷鐵鎳鉻高熵合金的制備方法，其特征在于：

使用的化學物質材料為：鋁、鈷、鐵、鎳、鉻，無水乙醇，氬氣，其組合準備用量如下：以克、毫升、厘米³為計量單位

鋁：Al，純度99.99%，固態顆粒，5.253g±0.001g

鈷：Co，純度99.99%，固態顆粒，14.341g±0.001g

鐵：Fe，純度99.99%，固態顆粒，13.592g±0.001g

鎳：Ni，純度99.99%，固態顆粒，14.284g±0.001g

鉻：Cr，純度99.99%，固態顆粒， 2.53g±0.001g

無水乙醇：C₂H₅OH,純度99.99%液態液體2000mL±0.1mL

氬氣：Ar，純度99.99%，氣態氣體，800000cm³±100cm³

制備方法如下：

（1）預處理鋁、鈷、鐵、鎳、鉻顆粒：

① 將鋁、鈷、鐵、鎳、鉻顆粒分別置于容器中，加入無水乙醇500mL，采用磁力振動裝置振蕩攪拌30min；

② 清洗后的合金原料置于干燥箱中進行干燥，干燥溫度180℃，干燥時間30min；

（2）配料：

稱取鋁：5.253g±0.001g；鈷：14.341g±0.001g；鐵：13.592g±0.001g；鎳：14.284g±0.001g；鉻：2.53g±0.001g；然后將材料放入密閉容器中混合均勻形成混合材料；

（3）熔煉高熵合金：

① 放置混合材料

將混合材料放置于真空電弧爐熔煉爐的熔池中；

② 抽取爐內空氣

開啟真空泵，抽取爐內空氣，使爐內壓強達到0.005Pa，關閉真空泵；

③ 充氬氣

開啟氬氣瓶，向真空電弧熔煉爐內輸入氬氣，氬氣輸入速率為200cm³/min,使爐內壓強恒定在1個大氣壓下；

④ 進行熔煉

轉動電弧槍升降裝置，使電弧槍槍頭與原料保持適當距離，開啟真空電弧熔煉爐電源，調節電流強度在250A-300A,待電弧槍弧光穩定后，打開磁力攪拌器對合金材料進行磁力攪拌，熔煉150s后，關閉電弧開關和磁力攪拌開關；

⑤5次熔煉

為了避免合金熔煉不均，使用翻轉金屬勺對熔煉鑄錠進行翻轉，反復熔煉5次；

（4）冷卻：

熔煉完成后，高熵合金在爐內自然冷卻，冷卻至25℃后，將鋁鈷鐵鎳鉻高熵合金鑄錠取出；

（5）清理，清洗：

將熔煉鑄錠使用細砂紙對鑄錠表面進行打磨，并用無水乙醇進行擦洗；使鑄件表面潔凈；

（6）檢測、分析、表征：

對制備的鋁鈷鐵鎳鉻高熵合金微觀組織結構、力學性能、耐腐蝕性能進行檢測、分析、表征；

使用帶有Cu 靶的XRD對高熵合金相結構進行測定；

使用掃描電鏡SEM對高熵合金微觀結構，組織形態，結晶相分布和組分含量進行測試；

使用拉伸機對高熵合金進行壓縮性能測試；

使用維氏硬度計對高熵合金硬度測試；

使用電化學工作站對合金進行電化學極化曲線測定；

使用阿基米德排水法對合金密度進行測定；

結論：本發明制備的鋁鈷鐵鎳鉻高熵合金由面心立方和體心立方結構構成，其中體心立方結構在合金中占主導地位，合金密度為6.85g/cm³，硬度達386.5HV,抗壓強度為1614Mpa，屈服強度為1294Mpa，塑性應變值為24.8%，高熵合金具有良好的力學性能。

2.根據權利要求1所述的一種耐腐蝕性能良好的鋁鈷鐵鎳鉻高熵合金的制備方法，其特征在于：

鋁鈷鐵鎳鉻高熵合金是在真空電弧熔煉爐內進行熔煉，是通過抽真空、充氬氣、電弧熔煉高熵合金過程中完成的；

真空電弧熔煉爐（18）為立體式電弧熔煉爐，內部為爐腔（24），并由氬氣（25）充填；真空電弧熔煉爐（18）上部中間位置設有升降機裝置（11），升降機裝置（11）連接鎢極槍桿（23）并深入爐腔（24）內，在鎢極槍桿（23）下端是電弧槍頭（17），用于對水冷銅坩堝（19）中的高熵合金（35）進行熔煉；在升降機裝置（11）上有升降機頂部（10），升降機頂部（10）連接外引導線（20），外引導線（20）與真空電弧熔煉爐（18）電源相連；升降機裝置（11）中部連接握把式控制器（15），握把式控制器（15）上有磁攪拌開關（12）、爐燈開關（13）、升降開關(14)、引弧開關(21)、電位調節器(22)；真空電弧熔煉爐(18)左部設有氬氣瓶(1)、氬氣開關(2)、真空泵(3)、熔煉電流顯示屏(4)、真空度顯示屏(5)、分子泵開關(6)、機械泵開關(7）、真空爐總開關（8）、真空表（9），并與爐腔（24）連通；真空電弧熔煉爐（18）右部設有機械臂（26），機械臂（26）由機械臂固定裝置（27）進行固定，機械臂（26）深入爐腔（24）并與翻料金屬勺（28）連接，翻料金屬勺（28）主要對水冷銅坩堝（19）中的高熵合金（35）進行翻轉；真空電弧熔煉爐（18）下部為水冷銅坩堝（19），水冷銅坩堝（19）下部設有冷卻水管（31）對高熵合金（35）進行冷卻，冷卻水管（31）與冷卻水箱（32）連接，其上部設有冷卻水開關（33）、冷卻水溫顯示屏（34）；水冷銅坩堝（19）右部為吸鑄坩堝（29），吸鑄坩堝（29）下部與吸鑄爐腔（30）相連。