高热稳定性Al制造技术

本发明专利技术涉及金属材料及制备技术领域，提供了一种高热稳定性Al

High thermal stability al

【技术实现步骤摘要】
高热稳定性AlxFeCrV多主元固溶体合金、制备及应用
本专利技术涉及金属材料及制备
，特别涉及一种高热稳定性AlxFeCrV多主元固溶体合金、制备及应用。
技术介绍
传统合金的设计一般都是以一种或两种元素为主要合金成分，自2004年，中国台湾Yeh教授提出多主元高熵合金的概念，以多主元高浓度为特点的新型合金的设计理念，在基础研究和工程应用领域均有涉足。近年来，多主元固溶体合金的研究不再局限于大于等于5个主元，三元或四元多主元固溶体合金或中熵合金也逐渐进入学者的研究范畴。研究结果表明，多主元固溶体合金由于具有较大的晶格畸变，导致多主元固溶体合金具有高强度、高硬度的力学性能特点。同时，最近的研究[T.-n.Yang,C.Lu,G.Velisa,K.Jin,P.Xiu,Y.Zhang,H.Bei,L.Wang,ScriptaMaterialia158(2019)57-61.]表明，多主元固溶体合金高的晶格畸变率，对辐照缺陷的移动起明显抑制作用。开发设计相结构稳定性且晶格畸变可控的多主元固溶体合金材料，对研究晶格畸变与力学性能、抗辐照性能的依赖关系，具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种高热稳定性AlxFeCrV多主元固溶体合金、制备及应用。本专利技术原理阐述如下：1、专利技术人在研究中发现：非等原子比合金，如Fe-10Cr-10V、Fe-10Cr-15V(wt.％)晶粒内部具有σ相，而等原子比FeCrV合金具有单相BCC结构，无σ相生成；如图6所示。2、Al元素是多主元合金中体心立方结构(BCC)的稳定相的合金元素，具有稳定多主元合金BCC结构的特点；3、FeCrV等原子合金，由于混合熵的数值大于非等原子合金的混合熵，混合熵的作用能够克服元素之间混合焓的作用，在一定程度上抑制了σ相的形成，能够促进单相固溶体合金相的形成。本专利技术采用如下技术方案：一种高热稳定性AlxFeCrV多主元固溶体合金，所述合金的原子百分比表达式为AlxFeCrV，其中x为摩尔比，0<x≤1。进一步的，x的取值为0.1，0.3，0.5，0.7和1.0中的任意一个。进一步的，所述合金熔炼所用金属原料Fe、Cr、V和Al的纯度均不低于99.9wt.％。本专利技术还提供了一种上述高热稳定性AlxFeCrV多主元固溶体合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1、将熔炼合金所用金属原料Fe、Cr、V和Al元素去除表面氧化皮；S2、按设定比例准确称量所述金属原料Fe、Cr、V和Al，使用非自耗真空电弧熔炼炉或真空磁悬浮熔炼炉，在水冷铜坩埚中制备目标合金。进一步的，步骤S2中，取Al金属原料和Fe金属原料按照质量1:1熔炼成中间合金A#，同时将剩余的其它金属原料熔炼成中间合金B#，最后将A#和B#中间合金熔炼成目标合金。进一步的，中间合金A#的制备方法为：Al金属原料和Fe金属原料按照质量1:1，Al放在坩埚底部，Fe置于Al上；原料放置完毕后，依次开启机械泵和分子泵进行抽真空，当真空度达到5×10-3Pa后，向炉腔充氩气至一定气压(例如0.5个大气压)，接着再抽一遍真空至5×10-3Pa，再向炉腔充氩气至一定气压(例如0.5个大气压)，引弧，进而阶梯式调节电流，直至合金熔化，制备出Al和Fe组成的中间合金A#；中间合金B#的制备方法为：将剩余的其它金属原料Fe、Cr、V按照熔点高低的顺序，置于坩埚腔体；依次开启机械泵和分子泵进行抽真空，当真空度达到5×10-3Pa后，向炉腔充氩气至一定气压(例如0.5个大气压)，接着再抽一遍真空至5×10-3Pa，再向炉腔充氩气至一定气压(例如0.5个大气压)，引弧，进而阶梯式调节电流，直至合金熔化，翻转熔炼4次或以上，制备出剩余Fe、Cr、V三种元素组成的中间合金B#；目标合金的制备方法为：将中间合金A#放在坩埚底部，中间合金B#置上，依次开启机械泵和分子泵进行抽真空，当真空度达到5×10-3Pa后，向炉腔充氩气至0.5个大气压，接着再抽一遍真空至5×10-3Pa，再向炉腔充氩气至0.5个大气压，引弧，进而阶梯式调节电流，直至合金熔化，翻转熔炼4次或以上，待目标合金充分熔炼均匀后，使用真空吸铸设备，将目标合金吸铸到水冷铜模中，获得低活化多主元固溶体合金材料。进一步的，步骤S1中，采用机械方式去除金属原料表面氧化皮，优选的，再置于无水乙醇中进行超声波震荡以去除残留在表面的杂质。进一步的，步骤S2中，目标合金翻面熔炼4次或以上。本专利技术还提供了一种高热稳定性涂层，涂层材料采用上述高热稳定性AlxFeCrV多主元固溶体合金。上述高热稳定性涂层可应用于聚变堆用阻氚涂层材料或热扩散阻挡层。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过改变Al元素的含量，在不改变合金体系单相BCC结构的情况下，实现合金体系的晶格畸变的调控；晶格畸变以原子半径差和点阵不匹配度应变来表示；随着Al元素含量的变化，原子半径差δ从2.65％增大到5.84％。AlFeCrV点阵不匹配应变较FeCrV参考合金增加了1.1％；本专利技术合金具有很高的相结构热稳定性，在工程应用领域，该合金体系具有可渐变的Al成分，若作为涂层材料，可缓解基体与涂层材料间的热匹配问题，是热扩散阻挡层、聚变堆用阻氚涂层材料的理想合金成分，在聚变堆材料、高温材料领域具有广泛的应用前景。附图说明图1例示了本专利技术实施例的AlxFeCrV多主元合金Ω和δ的关系图。图2例示了AlxFeCrV体系(x为摩尔比，x＝0.1，0.3，0.5，0.7和1.0)的XRD图谱。图3例示了AlxFeCrV体系(x为摩尔比，x＝0.1，0.5和1.0)的BSE-SEM及EDX线扫描图谱；其中(a)、(b)：x＝0.1；(c)、(d)：x＝0.5；(e)、(f)：x＝1.0。图4例示了AlFeCrV多主元固溶体合金在1000℃，3天热处理前后的XRD图谱，显示该合金体系具有很高的相结构热稳定性。图5例示了FeCrV和AlFeCrV多主元固溶体合金在室温、800℃温度条件下各自的工程应力应变曲线，显示Al合金体系具有很高的相结构热稳定性。图6例示了等原子比FeCrV合金和非等原子比FeCrV合金的微观结构对比图，显示等原子比FeCrV合金具有单相结构。具体实施方式下文将结合具体附图详细描述本专利技术具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。实施例1本实施例的高热稳定性AlxFeCrV多主元固溶体合金，所述合金的原子百分比表达式为AlxFeCrV，其中x为摩尔比，0<x≤1。优选的，x的取值为0.1，0.3，0.5，0.7和1.0中的任意一个。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高热稳定性Al

【技术特征摘要】
1.一种高热稳定性AlxFeCrV多主元固溶体合金，其特征在于，所述合金的原子百分比表达式为AlxFeCrV，其中x为摩尔比，0<x≤1。


2.如权利要求1所述的高热稳定性AlxFeCrV多主元固溶体合金，其特征在于，x的取值为0.1，0.3，0.5，0.7和1.0中的任意一个。


3.如权利要求1或2所述的高热稳定性AlxFeCrV多主元固溶体合金，其特征在于，所述合金熔炼所用金属原料Fe、Cr、V和Al的纯度均不低于99.9wt.％。


4.一种如权利要求1-3任一种所述的高热稳定性AlxFeCrV多主元固溶体合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1、将熔炼合金所用金属原料Fe、Cr、V和Al元素去除表面氧化皮；
S2、按设定比例准确称量所述金属原料Fe、Cr、V和Al，使用非自耗真空电弧熔炼炉或真空磁悬浮熔炼炉，在水冷铜坩埚中制备目标合金。


5.如权利要求3所述的高热稳定性AlxFeCrV多主元固溶体合金的制备方法，其特征在于，步骤S2中，取Al金属原料和Fe金属原料按照质量1:1熔炼成中间合金A#，同时将剩余的其它金属原料熔炼成中间合金B#，最后将A#和B#中间合金熔炼成目标合金。


6.如权利要求5所述的高热稳定性AlxFeCrV多主元固溶体合金的制备方法，其特征在于，
中间合金A#的制备方法为：Al金属原料和Fe金属原料按照质量1:1，Al放在坩埚底部，Fe置于Al上；原料放置完毕后，依次开启机械泵和分子泵进行抽真空，当真空度达到不大于5×10-3Pa后，向炉腔充氩气至一定气压，接着再抽一遍真空至不大于5...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏松钦，王宇钢，苏悦，黄嘉，高智颖，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11