高熵合金磁脉冲热处理技术制造技术

技术编号:21881394 阅读:17 留言:0更新日期:2019-08-17 10:59
本发明专利技术属于金属材料加工领域,涉及一种高熵合金磁脉冲热处理技术。本发明专利技术的目的是针对铸态高熵合金组织缺陷多、晶格畸变严重、原子迁移困难而难以在热处理过程中发生再结晶和组织转变的问题,提出一种磁脉冲热处理的方法,即在高熵合金热处理的同时给试样提供一个外加的脉冲磁场环境,利用脉冲磁场提供的外加能量降低高熵合金再结晶形核的壁垒,促进其再结晶和组织转变,通过设置合理的磁场和热处理工艺参数即可消除铸态高熵合金组织缺陷,加工出组织细密、性能优良的高熵合金产品,从而实现高熵合金的热处理改性,该方法易于实现,能有效促进高熵合金热处理过程中的组织转变,提高了生产效率。

High Entropy Alloy Magnetopulse Heat Treatment Technology

【技术实现步骤摘要】
高熵合金磁脉冲热处理技术
本技术属于金属材料加工领域,在高熵合金热处理过程中对合金施加磁脉冲,促进高熵合金再结晶和组织转变,最终实现通过热处理对高熵合金进行改性的目的。
技术介绍
高熵合金是近些年快速发展起来的新型合金材料,其在成分设计上突破了传统合金以一种或两种元素作为主元的理念。高熵合金通常是由五种或五种以上金属与金属或者金属与非金属元素组成的合金,每种元素的摩尔比介于5%~35%之间,与传统合金不同,高熵合金没有溶质溶剂元素之分,因为每种元素的含量均不超过50%,所以每种元素均可作为溶剂或者溶质原子。正是这种成分和含量上的差异,赋予了高熵合金某些优异的性能,如高的强度和硬度,耐摩擦、耐氧化、耐腐蚀性、优异的抗高温软化性能以及抗辐照性能等,某些成分的高熵合金在强度方面甚至优于超强钢,因此高熵合金的研究受到越来越多国家和科研人员的重视,近些年,高熵合金在成分研发和设计、以及涂层方面的研究取得了初步成果。但是由于高熵合金的设计与传统合金有很大不同,并且高熵合金特有的热力学高熵效应、严重的晶格畸变、迟滞扩散以及“鸡尾酒”效应,使其在设计和加工等方面不能照搬传统合金的理论和经验,因此,目前高熵合金的研究还处于探索阶段,较为成熟的体系不多,没有形成系统的高熵合金理论。高熵合金的制备主要是以熔炼为主,而铸态的高熵合金具有缩孔缩松、气孔、成分偏析等铸造缺陷,没有达到良好的强韧性匹配,因此无法直接应用,而热处理作为一种高效便捷的加工方法,能在不消耗材料的前提下直接进行加工改性,因此对高熵合金进行热处理改性尤为重要。高熵合金因为具有严重的晶格畸变以及迟滞扩散等特点,在热处理过程中难以发生组织转变,某些高熵合金即使在高温下保温很长时间也无法产生再结晶。鉴于此,本专利技术提出一种磁脉冲辅助高熵合金热处理技术,即在高熵合金热处理过程中对合金施加脉冲磁场,通过磁脉冲对高熵合金提供外加能量促进其在热处理过程中的再结晶和组织转变,最终通过调整磁场和热处理工艺参数,加工出组织细密、综合性能优异的产品,实现通过热处理对高熵合金改性的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:针对铸态高熵合金缺陷多、强韧性匹配差并且难以在热处理中发生组织转变的问题,提出一种高熵合金磁脉冲热处理的方法,即在高熵合金热处理过程中同时提供一个磁脉冲环境,利用磁场作用促进高熵合金再结晶形核,使之发生组织转变,通过调整和优化磁场以及热处理工艺参数,最终得到组织细密、综合性能优异的高熵合金。为达到以上技术目标,本专利技术采用以下技术方案来实现:第一步:制备高熵合金样品。从柱状的原始高熵合金铸锭中采用线切割法加工出长宽高分别为80mm、10mm、10mm的长方体样品,并对其进行表面清洁处理。第二步:放样品。将样品置于管式炉中,并且尽量位于管式炉中间位置,保证热处理温度的准确性,并将管子两端端盖旋合。第三步:抽真空。管式炉的一端与高纯氩气气瓶相连,另一端与真空泵相连,两端均有带有压力表的开关。先关闭靠近气瓶一侧的开关,并打开另一侧开关,打开泵开始抽真空,根据压力表示数显示真空度满足要求时关闭泵和一侧开关,此时打开靠近气瓶一侧开关,并打开氩气气瓶使氩气充满炉内腔,压力表示数升至正常气压时关闭靠近气瓶一侧开关,此时再次打开另一侧开关并打开泵抽真空,抽至真空度满足要求时关闭泵和一侧开关,此时打开另一侧开关,等到炉内腔压力升至正常气压时打开另一侧开关保证整个通路氩气流通,保证炉内的纯氩气气氛,防止样品在高温下氧化。第四步:进行热处理工艺参数设置。打开管式炉程序设置界面,设定其升温速率、保温温度、保温时间等热处理工艺参数。打开程序运行开关,开始进行热处理。第五步:加磁场。对样品提供一个频率和磁场强度可调的磁场环境,磁场脉冲频率F为0.1-1000HZ,磁场强度B为0.2-200T,根据样品设置初始值F1和B1,通入磁场。第六步:热处理完毕后取出试样,对其的微观组织形貌进行观察探究,并将样品制成标准拉伸试样对其进行准静态拉伸力学性能测试,如组织形貌以及力学性能未达到预期要求,调整磁场以及热处理工艺参数重复实验,直至制备出组织细密、综合性能优良的高熵合金。与现有技术相比,本专利技术的有益效果如下:1、脉冲磁场作为一种高效的加工辅助手段,在热处理过程中能显著提升高熵合金再结晶能力,降低高熵合金再结晶形核的壁垒,促进其组织转变,从而实现热处理改性。2、脉冲磁场作为辅助热处理手段,避免了对材料进行消耗,也没有对材料施加外力使之变形,在实际生产中提高了材料利用率和生产效率。3、磁能作为一种低能耗的清洁能源,符合大规模生产对环保的要求,通过脉冲磁场辅助高熵合金热处理不仅节能环保,也简化了高熵合金的加工程序、提高了生产效率。附图说明图1为本专利技术提出的高熵合金磁脉冲热处理技术流程示意图,实验装置以管式热处理炉为基础,另外配备一套脉冲磁场发射装置,对整个热处理环境施加磁场环境。实验前对高熵合金样品进行表面打磨和清洁处理,并且整个实验过程在纯氩气气氛中进行,保证在高温下样品不发生氧化。具体实施方式以AlCoCr0.5FeNiTi0.5高熵合金在脉冲磁场辅助下进行退火为例说明。具体实现步骤如下:第一步:制备高熵合金样品。从柱状的原始高熵合金铸锭中采用线切割法加工出长宽高分别为80mm、10mm、10mm的长方体样品,对试样的每个面依次用400#、600#、800#、1000#、1200#的砂纸打磨除去试样表面的氧化层,并将试样放入装有蒸馏水的烧杯中在超声清洗仪里面超声清洗5min,然后将试样移入盛有酒精的烧杯中并在超声清洗仪里面超声清洗5min,保证试样表面清洁,清洗完毕后用吹风机吹干。第二步:放样品。将样品置于管式炉中,并且尽量位于管式炉中间位置,保证热处理温度的准确性,并将管子两端端盖旋合。第三步:抽真空。管式炉的一端与高纯氩气气瓶相连,另一端与真空泵相连,两端均有带有压力表的开关。先关闭靠近气瓶一侧的开关,并打开另一侧开关,打开泵开始抽真空,根据压力表示数显示真空度满足要求时关闭泵和一侧开关,此时打开靠近气瓶一侧开关,并打开氩气气瓶使氩气充满炉内腔,压力表示数升至正常气压时关闭靠近气瓶一侧开关,此时再次打开另一侧开关并打开泵抽真空,抽至真空度满足要求时关闭泵和一侧开关,此时打开另一侧开关,等到炉内腔压力升至正常气压时打开另一侧开关保证整个通路氩气流通,保证炉内的纯氩气气氛,防止样品在高温下氧化。第四步:进行热处理工艺参数设置。打开管式炉程序设置界面,AlCoCr0.5FeNiTi0.5高熵合金通过DSC热分析曲线确定其熔点为1400℃左右,故设定其升温速率为10℃/min,保温温度为700℃,保温时间为5h。打开程序运行开关,开始进行热处理。第五步:设定脉冲磁场参数。打开磁场程序设置界面,设定脉冲频率为100HZ、磁感应强度为1T,设置完毕后运行程序、通入磁场。第六步:保温结束后样品随炉冷却至室温,取出试样,对其微观组织形貌进行观察探究,并将样品制成标准拉伸试样对其进行准静态拉伸力学性能测试,如组织形貌以及力学性能未达到预期要求,调整磁场以及热处理工艺参数重复实验,直至制备出组织细密、综合性能优良的高熵合金。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.高熵合金磁脉冲热处理技术,具体按以下步骤完成:(1)制备高熵合金样品,从柱状的原始高熵合金铸锭中采用线切割法加工出长宽高分别为80mm、10mm、10mm的长方体样品,对试样的每个面依次用400#、600#、800#、1000#、1200#的砂纸打磨除去试样表面的氧化层,并将试样放入装有水的烧杯中在超声清洗仪里面超声清洗5min,然后将试样移入盛有酒精的烧杯中并在超声清洗仪里面超声清洗5min,保证试样表面清洁,清洗完毕后用吹风机吹干;(2)放样品,将样品置于管式炉中,并且尽量位于管式炉中间位置,保证热处理温度的准确性,并将管子两端端盖旋合;(3)抽真空,管式炉的一端与高纯氩气气瓶相连,另一端与真空泵相连,两端均有带有压力表的开关,先关闭靠近气瓶一侧的开关,并打开另一侧开关,打开泵开始抽真空,根据压力表示数显示真空度满足要求时关闭泵和该侧开关,此时打开靠近气瓶一侧开关,并打开氩气气瓶使氩气充满炉内腔,压力表示数升至正常气压时关闭靠近气瓶一侧开关,此时再次打开另一侧开关并打开泵抽真空,抽至真空度满足要求时关闭泵和该侧开关,此时打开另一侧开关,等到炉内腔压力升至正常气压时打开另一侧开关保证整个通路氩气流通,保证炉内的纯氩气气氛,防止样品在高温下氧化;(4)进行热处理工艺参数设置,打开管式炉程序设置界面,设定其升温速率、保温温度、保温时间等热处理工艺参数,设置完毕后运行程序,开始进行热处理;(5)加磁场,对样品提供一个频率和磁场强度可调的磁场环境,磁场脉冲频率F为0.1‑1000HZ,磁场强度B为0.2‑200T,设置初始值F1和B1,设置完毕后通入磁场;(6)热处理完毕后取出试样,对其微观组织形貌进行观察探究,并将样品制成标准拉伸试样对其进行准静态拉伸力学性能测试,如组织形貌以及力学性能未达到预期要求,调整磁场以及热处理工艺参数重复实验,直至制备出组织细密、综合性能优良的高熵合金。...

【技术特征摘要】
1.高熵合金磁脉冲热处理技术,具体按以下步骤完成:(1)制备高熵合金样品,从柱状的原始高熵合金铸锭中采用线切割法加工出长宽高分别为80mm、10mm、10mm的长方体样品,对试样的每个面依次用400#、600#、800#、1000#、1200#的砂纸打磨除去试样表面的氧化层,并将试样放入装有水的烧杯中在超声清洗仪里面超声清洗5min,然后将试样移入盛有酒精的烧杯中并在超声清洗仪里面超声清洗5min,保证试样表面清洁,清洗完毕后用吹风机吹干;(2)放样品,将样品置于管式炉中,并且尽量位于管式炉中间位置,保证热处理温度的准确性,并将管子两端端盖旋合;(3)抽真空,管式炉的一端与高纯氩气气瓶相连,另一端与真空泵相连,两端均有带有压力表的开关,先关闭靠近气瓶一侧的开关,并打开另一侧开关,打开泵开始抽真空,根据压力表示数显示真空度满足要求时关闭泵和该侧开关,此时打开靠近气瓶一侧开关,并打开氩气气瓶使氩气充满炉内腔,压力表示数升至正常气压时关闭靠近气瓶一侧开关,此时再次打开另一侧开关并打开泵抽真空,抽至真空度满足要求时关闭泵和该侧开关,此时打开另一侧开关,等到炉内腔压力升至正常气压时打开另一侧开关保证整个通路氩气...

【专利技术属性】
技术研发人员:李洪洋宋明龙王海曾申涛张丹丹
申请(专利权)人:北京理工大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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