当前位置: 首页 > 专利查询>中北大学专利>正文

一种铝钴铬铁镍高熵合金的制备方法技术

技术编号:21908581 阅读:41 留言:0更新日期:2019-08-21 10:49
本发明专利技术涉及到一种铝钴铬铁镍高熵合金的制备方法,通过机械球磨、低温热压烧结、真空熔炼相结合,制备出铝钴铬铁镍高熵合金由FCC+BCC双相结构构成,BCC相作为析出相分布在基质FCC相中,维氏硬度为232HV,屈服强度为432MPa;该制备方法工艺先进,技术参数精确翔实;制备的铝钴铬铁镍高熵合金性能优越,具有广泛的应用价值和使用范围,是先进的制备方法。

Preparation of a High Entropy Aluminum-Cobalt-Chromium-Iron-Nickel Alloy

【技术实现步骤摘要】
一种铝钴铬铁镍高熵合金的制备方法
本专利技术涉及一种铝钴铬铁镍高熵合金的制备方法,属于有色金属合金制备及应用的

技术介绍
高熵合金是一种新型的合金,因其具有高强度、耐腐蚀、耐磨损、高塑性等优势,使其得到广大研究者的青睐;目前对高熵合金的研究主要集中在块体、粉末、涂层等方面,采用的工艺主要包括真空熔炼、机械合金制粉、热压烧结、激光熔覆、热喷涂、磁控溅射等;机械合金化球磨技术可以有效的控制合金粉末粒度,使粉末混合均匀,但是球磨时间较长,效率低一直是不可避免的缺点;热压烧结则采用边加压、边加热的方式,降低了熔炼温度,使合金成形与加热共同进行,缩短了烧结时间,抵制了晶粒长大,提高了合金性能;然而热压成型制备的合金表面较粗糙、精度较低,需要对材料进一步加工,另外较高温度下的热压对模具要求较高,损耗较大;真空电弧熔炼技术其主要特点在于其制备简单,生产周期短,但合金熔炼不均需要进行多次反复熔炼,从而造成低熔点元素挥发严重问题;这些工艺为高性能的高熵合金制备带来困难,当前,对新型高熵合金制备工艺的研究还处于探索阶段。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的根据现有制备工艺的不足,采用一种铝钴铬铁镍高熵合金的制备方法,结合机械球磨、低温热压烧结、真空熔炼工艺,弥补单个工艺制备的不足,采用分段熔炼方式,提高高熵合金机械性能和应用范围。技术方案本专利技术使用的化学物质材料为:铝、钴、铬、铁、镍、无水乙醇、钛、氩气,其组合准备用量如下:以克、毫升、立方厘米为计量单位铝:Al,纯度99.99%,固态颗粒,5.0086g±0.01g钴:Co,纯度99.99%,固态颗粒,27.3524g±0.01g铬:Cr,纯度99.99%,固态颗粒,14.48g±0.01g铁:Fe,纯度99.99%,固态颗粒,25.92g±0.01g镍:Ni,纯度99.99%,固态颗粒,27.24g±0.01g无水乙醇:C2H5OH,纯度99.95%液态液体3000mL±10mL钛:纯度99.99%,固体颗粒,45g±0.01g氩气:Ar,纯度99.99%,气态气体,800000cm3±100cm3制备方法如下:⑴预处理原料:称取铝:5.0086g±0.01g;钴:27.3524g±0.01g;铬:14.48g±0.01g;铁:25.92g±0.01g;镍:27.24g±0.01g;将铝、钴、铬、铁、镍固体颗粒放入容器中加入无水乙醇300mL,使用磁力振动装置进行震荡搅拌清洗15min后,进行干燥;⑵机械球磨合金原料:①清洗球磨料筒将球磨料筒进行清理,使用无水乙醇擦洗后进行晾干;②放置球磨原料将高熵合金原料放入球磨罐中,密闭;③球磨机进行机械球磨球磨机球料比为10:1,球磨功率为25KW,转数为250r/min,球磨时间10h,得到颗粒直径为100~200μm的金属粉末,待用;⑶热压烧结铝钴铬铁镍高熵合金:①预处理模具用无水乙醇清洗模具模套内壁、上压头四周、下压头上接触面以及衬套表面,避免热压过程中原料沾模和脱膜;②装炉在真空热压感应烧结炉上将模套和衬套装在一起,将上下压头安放在热压感应烧结炉上下两端,金属粉末放入模腔中,刮平后放上保护垫片,再将模具放在下压头基座上,保证平稳,盖好隔热板,装炉完成;③抽真空、充冷却水对真空热压烧结炉抽取空气,使炉内真空度在1Pa,打开冷却水阀向热压炉充入冷却水进行冷却;④升温、通氩气调节温度调节旋钮使温度以25℃/min的速率升高到300℃,在此过程中充入氩气做保护气体,保温时间15min,加载压力为30MPa;保温时间结束后,停止加压加热电源,自然冷却至25℃,关闭冷却水阀,取出铝钴铬铁镍高熵合金,待用;⑶真空电弧炉熔炼:①清洗熔炼坩埚用无水乙醇对真空电弧熔炼炉进行清洗,并干燥;②放入铝钴铬铁镍高熵合金将热压烧结后的铝钴铬铁镍高熵合金进行切割成块状,然后放入主熔炼坩埚中,将钛颗粒放入辅助熔炼坩埚中,密闭;③抽真空、充氩气使用真空泵对真空电弧熔炼炉内进行抽空气,然后充入氩气,使炉内压强恒定在1个大气压;④熔炼铝钴铬铁镍高熵合金调节电弧枪位置,开启熔炼电源;对钛颗粒进行熔炼,吸取炉腔内氧气;熔炼完成后,对热压烧结后的铝钴铬铁镍高熵合金进行熔炼,熔炼电流为250A~300A,打开磁力搅拌开关对铝钴铬铁镍高熵合金进行磁力搅拌,熔炼时间为2min;关闭熔炼电源,待铝钴铬铁镍高熵合金冷却至25℃后,关闭磁力搅拌开关;⑤二次熔炼为了熔炼均匀,使用翻转金属勺对铝钴铬铁镍高熵合金进行翻转后,进行二次熔炼;⑥取出铝钴铬铁镍高熵合金待铝钴铬铁镍高熵合金冷却至25℃后,取出;并用细砂纸打磨使表面呈现金属光泽;无水乙醇清洗后,晾干;⑺检测、分析、表征:对制备的铝钴铬铁镍高熵合金微观组织、力学性能进行分析、测试、表征;用XRD仪对铝钴铬铁镍高熵合金结晶相进行检测;用SEM仪对铝钴铬铁镍高熵合金微观结构、组织形态进行检测;用维氏硬度计对铝钴铬铁镍高熵合金硬度进行检测;用微机控制电子万能试验机进行抗压强度检测;结论:铝钴铬铁镍高熵合金微观组织结构由双相FCC+BCC相构成,BCC相均匀的分布在FCC相基质中;维氏硬度为232HV,屈服强度为432MPa。有益效果本专利技术针对目前高熵合金制备工艺的不足,采用多种工艺相结合,采用分段熔炼的方式,利用机械球磨使材料混合均匀,减少了真空熔炼过程中材料熔炼不均的问题,采用低温热压感应烧结炉对材料进行第一阶段的熔炼,使用真空电弧熔炼炉进行二次熔炼,避免了低熔点合金挥发严重的问题;该方法工艺先进,数据精确翔实,制备的铝钴铬铁镍高熵合金具有广阔的应用前景和使用价值。附图说明图1真空电弧熔炼炉熔炼状态图图2铝镍钴铁铬高熵合金XRD物相分析图图3铝镍钴铁铬高熵合金SEM扫描图图4铝镍钴铁铬高熵合金应力-应变曲线图图5铝镍钴铁铬高熵合金维氏硬度图图中所示:附图标记清单如下:1、氩气瓶,2、氩气开关,3、真空泵,4、熔炼电流显示屏,5、真空度显示屏,6、分子泵开关,7、机械泵开关,8、真空炉总开关,9、真空表,10、升降机顶部,11、升降机装置,12、磁搅拌开关,13、炉灯开关,14、升降开关,15、握把式控制器,16、观察镜,17、电弧枪头,18、真空电弧熔炼炉,19、块状高熵合金,20、纯钛颗粒,21、辅助熔炼坩埚,22、外引导线,23、引弧开关,24、电位调节器,25、钨极枪杆,26、炉腔,27、氩气,28、机械臂,29、机械臂固定装置,30、翻料金属杆,31、翻料金属勺,32、主熔炼坩埚,33、冷却水管,34、冷却水箱,35、冷却水开关,36、冷却水温显示屏。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步说明:图1为真空电弧熔炼炉熔炼状态图,各部位置,连接关系正确,安装牢固。制备所用的化学物质的量值是按照预先设定的范围确定的,以克,毫升,立方厘米为计量单位。铝钴铬铁镍高熵合金是通过机械球磨、热压烧结、真空电弧熔炼三种工艺结合制备的,采用分段熔炼的方式完成的;真空电弧熔炼炉18为立体式电弧熔炼炉,内部为炉腔26,并由氩气27充填;真空电弧熔炼炉18上部中间位置设有升降机装置11,升降机装置11连接钨极枪杆25并深入炉腔26内,在钨极枪杆25下端是电弧枪头17,用于对辅助熔炼坩埚21中的钛颗粒20、主熔炼坩埚32中块状高熵合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝钴铬铁镍高熵合金的制备方,其特征在于:使用的化学物质材料为:铝、钴、铬、铁、镍、无水乙醇、钛、氩气,其组合准备用量如下:以克、毫升、立方厘米为计量单位铝:Al,纯度99.99%,固态颗粒,5.0086g±0.01g钴:Co,纯度99.99%,固态颗粒,27.3524g±0.01g铬:Cr,纯度99.99%,固态颗粒,14.48g±0.01g铁:Fe,纯度99.99%,固态颗粒,25.92g±0.01g镍:Ni,纯度99.99%,固态颗粒,27.24g±0.01g无水乙醇:C2H5OH,纯度99.95%液态液体3000mL±10mL钛:纯度99.99%,固体颗粒,45g±0.01g氩气:Ar,纯度99.99%,气态气体,800000cm

【技术特征摘要】
1.一种铝钴铬铁镍高熵合金的制备方,其特征在于:使用的化学物质材料为:铝、钴、铬、铁、镍、无水乙醇、钛、氩气,其组合准备用量如下:以克、毫升、立方厘米为计量单位铝:Al,纯度99.99%,固态颗粒,5.0086g±0.01g钴:Co,纯度99.99%,固态颗粒,27.3524g±0.01g铬:Cr,纯度99.99%,固态颗粒,14.48g±0.01g铁:Fe,纯度99.99%,固态颗粒,25.92g±0.01g镍:Ni,纯度99.99%,固态颗粒,27.24g±0.01g无水乙醇:C2H5OH,纯度99.95%液态液体3000mL±10mL钛:纯度99.99%,固体颗粒,45g±0.01g氩气:Ar,纯度99.99%,气态气体,800000cm3±100cm3制备方法如下:⑴预处理原料:称取铝:5.0086g±0.01g;钴:27.3524g±0.01g;铬:14.48g±0.01g;铁:25.92g±0.01g;镍:27.24g±0.01g;将铝、钴、铬、铁、镍固体颗粒放入容器中加入无水乙醇300mL,使用磁力振动装置进行震荡搅拌清洗15min后,进行干燥;⑵机械球磨合金原料:①清洗球磨料筒将球磨料筒进行清理,使用无水乙醇擦洗后进行晾干;②放置球磨原料将高熵合金原料放入球磨罐中,密闭;③球磨机进行机械球磨球磨机球料比为10:1,球磨功率为25KW,转数为250r/min,球磨时间10h,得到颗粒直径为100~200μm的金属粉末,待用;⑶热压烧结铝钴铬铁镍高熵合金:①预处理模具用无水乙醇清洗模具模套内壁、上压头四周、下压头上接触面以及衬套表面,避免热压过程中原料沾模和脱膜;②装炉在真空热压感应烧结炉上将模套和衬套装在一起,将上下压头安放在热压感应烧结炉上下两端,金属粉末放入模腔中,刮平后放上保护垫片,再将模具放在下压头基座上,保证平稳,盖好隔热板,装炉完成;③抽真空、充冷却水对真空热压烧结炉抽取空气,使炉内真空度在1Pa,打开冷却水阀向热压炉充入冷却水进行冷却;④升温、通氩气调节温度调节旋钮使温度以25℃/min的速率升高到300℃,在此过程中充入氩气做保护气体,保温时间15min,加载压力为30MPa;保温时间结束后,停止加压加热电源,自然冷却至25℃,关闭冷却水阀,取出铝钴铬铁镍高熵合金,待用;⑶真空电弧炉熔炼:①清洗熔炼坩埚用无水乙醇对真空电弧熔炼炉进行清洗,并干燥;②放入铝钴铬铁镍高熵合金将热压烧结后的铝钴铬铁镍高熵合金进行切割成块状,然后放入主熔炼坩埚中,将钛颗粒放入辅助熔炼坩埚中,密闭;③抽真空、充氩气使用真空泵对真空电弧熔炼炉内进行抽空气,然后充入氩气,使炉内压强恒定在1个大气压;④熔炼铝钴铬铁镍高熵合金调节电弧枪位置,开启熔炼电源;对钛颗粒进行熔炼,吸取炉腔内氧气;熔炼完成后,对热压烧结后的铝钴铬铁镍高熵合金进行熔炼,熔炼电流为250A~300A,...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵宇宏王帅郭庆伟侯华靳坤
申请(专利权)人:中北大学
类型:发明
国别省市:山西,14

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1