[發(fā)明專利]一種高熵合金多段混鑄裝置及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210545475.3
• 申請(qǐng)日: 2022-05-19
• 公開（公告）號(hào): CN114833329B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳才;譚騛;姜雁斌;李周;徐國富;邱文婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué);湖南稀土金屬材料研究院有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B22D35/04
• 分類號(hào): B22D35/04;B22D27/02;B22D46/00;C22C30/02;F27B14/04;F27B14/14
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 鐘丹

本發(fā)明公開了一種高熵合金多段混鑄裝置及其方法，包括：N個(gè)區(qū)域熔煉爐，用于分別熔煉不同的金屬獲得金屬熔體，心部熔煉爐，通過N條導(dǎo)流管分別與N個(gè)區(qū)域熔煉爐的出液口相連，將在N個(gè)區(qū)域熔煉爐熔煉后的金屬熔體進(jìn)行混合，所述心部熔煉爐包含心部坩堝，所述心部坩堝由位于上部的兩個(gè)半圓筒狀的石墨坩堝以及位于下部的氧化鋁坩堝通過銷鏈接的方式組成，其中兩個(gè)半圓筒狀的石墨坩堝通過頂部封蓋連接外置的脈沖電源的正負(fù)極，為金屬熔體的混合提供脈沖電流。利用上述不同的金屬進(jìn)行熔煉，解決了傳統(tǒng)熔鑄過程中往溶劑金屬中添加溶質(zhì)金屬時(shí)由于熔點(diǎn)不一導(dǎo)致溶質(zhì)團(tuán)聚，區(qū)域成分濃度差異等現(xiàn)象，提高了材料的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金材料領(lǐng)域，特別涉及一種高熵合金多段混鑄裝置及其方法。

背景技術(shù)

目前在航空航天、冶金化工、海水吹填工程等領(lǐng)域中的輸送管道材料在服役過程常常由于腐蝕、磨損或者腐蝕磨損使材料表面破壞嚴(yán)重從而導(dǎo)致設(shè)備失效，壽命縮短。管道輸送的漿料屬于典型的固液兩相流體，由于漿料中同時(shí)存在腐蝕性介質(zhì)和固相粒子，料漿泵內(nèi)表面會(huì)受到高速運(yùn)動(dòng)漿料的強(qiáng)烈沖擊和切削作用使鈍化膜破碎。當(dāng)固液兩相流體繼續(xù)沖刷，使得暴露在漿料中的基體來不及鈍化，從而加速腐蝕進(jìn)程。由于表面發(fā)生腐蝕磨損后，摩擦系數(shù)增加，增大了漿料在表面的切削作用，從而促進(jìn)了磨損的發(fā)生。因此在兩種狀態(tài)的相互疊加作用下，加劇材料流失，尤其在高溫條件下的帶有腐蝕性介質(zhì)和硬質(zhì)粒子的雙相流體運(yùn)輸行業(yè)中具有強(qiáng)烈的腐蝕作用，大大減少了材料的使用壽命。

國內(nèi)常用于制造輸送固-液兩相流體行業(yè)的管道材料主要是不銹鋼，這類材料耐酸腐蝕性能較高，但是硬度相對(duì)較低，其耐磨性能無法達(dá)到一些特別服役環(huán)境的性能要求。目前現(xiàn)有的材料存在耐磨性能和耐腐蝕性能與服役環(huán)境無法匹配的現(xiàn)狀，從而導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命大大減少，甚至在服役過程中出現(xiàn)嚴(yán)重事故。因此研究新型抗高溫磨損耐腐蝕的材料對(duì)于該類行業(yè)而言有著十分重要的作用。

高熵合金由于“雞尾酒效應(yīng)”而具有較多優(yōu)異的力學(xué)性能，較高的強(qiáng)度，良好的導(dǎo)電性能、導(dǎo)熱性能和耐腐蝕性能。由于高熵合金是通過將各主元金屬塊放置在熔煉爐進(jìn)行加熱至最高主元熔點(diǎn)的溫度，因此在加熱過程中需要提供更多的能量。同時(shí)在凝固過程中，由于溶質(zhì)濃度較高，液-固界面前沿液相中的溫度梯度較大，使得成分過冷傾向更嚴(yán)重。加上高熵合金的擴(kuò)散速率較低，液相中溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)較小，則其成分過冷傾向繼續(xù)增加，因此高熵合金凝固過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的一次樹枝晶，這些一次枝晶臂的生長方向與熱流方向平行。如果成分過冷區(qū)足夠?qū)挘沃г陔S后的生長過程中又會(huì)在前端分裂出三次枝晶。而且由于混合不均勻，凝固過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的偏析現(xiàn)象，嚴(yán)重影響合金材料的塑韌性。

為了解決上述高熵合金凝固過程中成分分布不均，偏析嚴(yán)重，能耗高等問題，目前國內(nèi)外多采用電弧熔煉、噴射沉積、粉末冶金、攪拌熔煉等方法。其中電弧熔煉是目前較為常用的熔煉方法，一般需要反復(fù)熔煉3～5次，然而這種方法的冷卻速度較快，鑄錠的表面存在明顯的收縮現(xiàn)象，導(dǎo)致表面質(zhì)量下降，且該方法冶煉的鑄錠較小，一般只能進(jìn)行初步的組織性能檢測，無法進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。噴射沉積是一種通過氣體噴霧器將熔體噴散成細(xì)小的液滴，金屬液滴預(yù)冷后快速在預(yù)成型靶材上開始凝固，形成顆粒狀組織。粉末冶金是將金屬粉末混合均勻后，通過熱等靜壓設(shè)備將粉末進(jìn)行壓合制備出組織均勻、性能優(yōu)良的合金錠坯。以上工藝方法雖然能夠部分解決偏析的問題，但是對(duì)設(shè)備要求過高、投資大、加工成本高、工藝流程長、操作復(fù)雜，成型后不利于后續(xù)加工。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種高熵合金多段混鑄裝置；

本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種高熵合金多段混鑄方法。本發(fā)明提供的工藝方法，可避免多主元合金在凝固成形過程中出現(xiàn)組織粗化、成分偏析、夾雜等鑄造缺陷導(dǎo)致的開裂傾向和難加工的現(xiàn)象，同時(shí)具有節(jié)能、降碳、增效的效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種高熵合金多段混鑄裝置，包括：

N個(gè)區(qū)域熔煉爐，用于分別熔煉不同成分的金屬獲得金屬熔體，