一种耐熔铝腐蚀的高熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐熔铝腐蚀的高熵合金及其制备方法，耐熔铝腐蚀的高熵合金由Al、Co、Ni、Fe、Ti和Cr进行混合并熔炼而成；其中，Al、Co、Ni、Fe、Ti和Cr的摩尔比为A1∶A2∶A3∶A4∶A5∶X；A1，A2，A3，A4，A5为0.9～1.1中的任一值；X的取值范围为0～1.5。本发明专利技术的高熵合金具有优异的耐熔铝腐蚀性能，使用寿命长。

A high entropy alloy with corrosion resistance to molten aluminum and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种耐熔铝腐蚀的高熵合金及其制备方法
本专利技术属于耐铝液腐蚀材料领域，特别涉及一种耐熔铝腐蚀的高熵合金。
技术介绍
铝及铝合金因其良好的机械性能、较高的比强度、优异的抗疲劳和耐蚀性以及良好的导电性，广泛应用于航空航天、交通、能源、电力等领域。热浸镀铝是继热浸镀锌之后发展起来的一种高效防护工艺。无论是铝的冶炼、压铸，还是热浸镀都涉及到铝液及铝合金的熔体。由于其高活性，熔铝是腐蚀性最强的金属之一。对金属及金属氧化物会造成严重的腐蚀，导致生产装备因腐蚀失效，使用寿命缩短，严重影响产品质量和生产效益，可以说，金属材料的耐铝液腐蚀问题是制约铝工业发展的关键因素。因此，有必要制备一种耐熔铝腐蚀的高熵合金。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种耐熔铝腐蚀的高熵合金，该耐熔铝腐蚀的高熵合金易于制备，且具有优异的耐熔铝腐蚀性能。专利技术的技术解决方案如下：一种耐熔铝腐蚀的高熵合金的制备方法，包括以下步骤：步骤1：前处理步骤将颗粒或块状的Al、Co、Ni、Fe、Ti和Cr进行清洗和干燥；步骤2：配料步骤按摩尔比为A1∶A2∶A3∶A4∶A5∶X的比例称取Al、Co、Ni、Fe、Ti和Cr进行混合，得到混合物；其中A1，A2，A3，A4，A5为0.9～1.1中的任一值；取值时，A1，A2，A3，A4，A5互不相干，即任意两个值可以相同或不相同；X的取值范围为0～1.5；步骤3：熔炼步骤将混合物置于非自耗真空电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼温度范围为660～2497℃，最终形成AlCoFeNiTiCrx合金。还包括步骤4：预氧化处理步骤；将所述AlCoFeNiTiCrx合金放入管式炉中保温氧化50h～100h后随炉冷却以在所述AlCoFeNiTiCrx合金表面形成AlCoFeNiTiCrx合金氧化膜，其中保温氧化温度为850～900℃。步骤1中的清洗和干燥是指：将丙酮熔液加入到装有物料的容器，利用超声波清洗15～30分钟，再向容器中加入乙醇，利用超声波清洗15～30分钟，最后将物料放在干燥箱进行干燥，物料是指A1、Co、Ni、Fe、Ti和Cr中的任一种。容器优选烧杯。步骤2中，A1，A2，A3，A4，A5均取值为1。步骤2中，X取值0，0.2，，04，0.6，0.8，1，1.2，1.4，1.5中的任一值。步骤3中，采用抽真空充入惰性气体并清洗的方法，保证炉腔内足够真空度使得样品不易被氧化；所述非自耗真空电弧熔炼炉内部真空度达到3×10-3～3×10-2Pa时充入氩气清洗3～5次；清洗后，再充入氩气使所述非自耗真空电弧熔炼炉内的气压保持在0.8～0.9个大气压，启动非自耗真空电弧熔炼炉进行熔炼。熔炼的步骤为：反复翻转熔炼所述材料混合物2～3次，每次熔炼包括：温度范围为0～660℃(对应起弧电流为0～30A)并保持1～3min，然后提高温度到660～1500℃(对应电流提升到60-90A)并保持1～3min，然后继续升温到1500～2497℃(对应的电流提升至100～150A)并保持3～5min，在加热到1500～2497℃之间，样品呈现出纽扣流动熔状时，保持温度不变，保持3～5min后降温。每次熔炼的时间优选为9～10min。熔样时钨极头火光从样品两侧旋转缓慢升温，缓慢升温是指以0.5～1A/s的速度增加钨极头电流，降温的速度为0.5～1A/s；使样品形成组分均匀的纽扣状。缓慢降温，使得样品组分能够均匀扩散并且尽可能减少偏析的发生。一种耐熔铝腐蚀的高熵合金，由Al、Co、Ni、Fe、Ti和Cr进行混合并熔炼而成；其中，Al、Co、Ni、Fe、Ti和Cr的摩尔比为A1∶A2∶A3∶A4∶A5∶X；A1，A2，A3，A4，A5为0.9～1.1中的任一值；取值时，A1，A2，A3，A4，A5互不相干，即任意两个值可以相同或不相同；X的取值范围为0～1.5。一种耐熔铝腐蚀的高熵合金，采用前述的制备方法制备而成。高熵合金是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金，由于其四大特性“高尚效应”，“迟滞扩散效应”，“晶格畸变效应”，“鸡尾酒效应”而广为研究者关注。优选的，高熵合金指中的Al、Co、Ti、Fe、Ni和Cr的摩尔比为1∶1∶1∶1∶1∶1.5，高熵合金的晶体结构为体心立方结构。再者，高熵合金经过预氧化处理后得到预氧化后高熵合金。预氧化后高熵合金的表面形成有氧化膜，所述氧化膜主要包括金属氧化物，所述金属氧化物膜例如包括镍铬氧化物如NiCr2O4、铁铬氧化物等。本专利技术实施例中，选用WK-II非自耗真空熔炼炉。有益效果：本专利技术耐熔铝腐蚀的高熵合金的制备方法，将具有预设摩尔比的镍、铝、钴、铬、铁及钛混合得到材料混合物；将所述材料混合物放入熔炼炉，对所述熔炼炉进行抽真空、清洗、并向所述熔炼炉中充入高纯氩气将所述熔炼炉内的气压保持在预设气压；以及按照预设熔炼方式熔炼所述材料混合物得到高熵合金。本专利技术的一个特色是，对所述高熵合金进行预氧化处理以在所述高熵合金的表面形成氧化膜。总而言之，本专利技术采用Al、Co、Ni、Fe、Ti和Cr颗粒或块状样品为原料，熔炼出的高熵合金，相比于传统的不锈钢和纯铁，由于其高熵合金的“迟滞效应”，提高了抗融铝腐蚀的性能。采用预氧化形成致密氧化膜的工艺，工艺成本低，操作简单，比很多文献报导的金属陶瓷复合材料的抗融铝腐蚀性能更加优异。选用Co，Fe，Nio等是因为表面能形成CoFe2O4，Fe3O4，NiFe2O4，NiO，(CoFe2)04等丰富的氧化膜，Al，Ti，Cr作为吸氧能力强的元素，能够在内层形成TiO2，Al2O3等氧化物起到“扎钉效果”。更进一步，实验表明，本专利技术的方法，所制备的耐熔铝腐蚀的高熵合金具备优异的耐熔铝腐蚀性能，从而能延长高熵合金产品的使用寿命。具体的：实验结果表明，与铸铁和316不锈钢，金属陶瓷相比，得到的AlCoFeNiTi高熵合金的耐铝液腐蚀性能得到显著提升。此外，高熵合金多组元等原子比合金所固有的高混合熵特性降低了合金的自由能，从而降低了其有序化的可能性，提高了合金的高温稳定性以及抗高温氧化性。进一步地，对AlCoFeNiTi高熵合金再进行预氧化处理得到预氧化后AlCoFeNiTi高熵合金。实验结果显示，预氧化后AlCoFeNiTi高熵合金的耐铝液腐蚀性能得到进一步提升，这样一来，本专利技术实施例提供的高熵合金制备方法得到的高熵合金具有双重耐铝液腐蚀保护，其耐腐蚀性能得到显著提升，极大地延长了高熵合金产品的使用寿命，提升了高熵合金产品质量和热浸镀铝工艺的生产效益，节约了成本。另外，本专利技术实施例提供的高熵合金制备方法操作简便，所用设备为常用设备，有利于大批量生产，促进高熵合金的工业应用和发展，使其满足现代工业对材料耐铝液腐蚀性能的要求。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的AlCoFeNiTi预氧化高熵合金和融铝腐蚀500倍示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐熔铝腐蚀的高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：前处理步骤/n将颗粒或块状的A1、Co、Ni、Fe、Ti和Cr进行清洗和干燥；/n步骤2：配料步骤/n按摩尔比为A1∶A2∶A3∶A4∶A5∶X的比例称取Al、Co、Ni、Fe、Ti和Cr进行混合，得到混合物；/n其中A1，A2，A3，A4，A5为0.9～1.1中的任一值；；X的取值范围为0～1.5；/n步骤3：熔炼步骤/n将混合物置于非自耗真空电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼温度范围为660～2497℃，最终形成AlCoFeNiTiCrx合金。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐熔铝腐蚀的高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：前处理步骤
将颗粒或块状的A1、Co、Ni、Fe、Ti和Cr进行清洗和干燥；
步骤2：配料步骤
按摩尔比为A1∶A2∶A3∶A4∶A5∶X的比例称取Al、Co、Ni、Fe、Ti和Cr进行混合，得到混合物；
其中A1，A2，A3，A4，A5为0.9～1.1中的任一值；；X的取值范围为0～1.5；
步骤3：熔炼步骤
将混合物置于非自耗真空电弧熔炼炉进行熔炼，熔炼温度范围为660～2497℃，最终形成AlCoFeNiTiCrx合金。


2.根据权利要求1所述的耐熔铝腐蚀的高熵合金的制备方法，其特征在于，还包括步骤4：预氧化处理步骤；
将所述AlCoFeNiTiCrx合金放入管式炉中保温氧化50h～100h后随炉冷却以在所述AlCoFeNiTiCrx合金表面形成AlCoFeNiTiCrx合金氧化膜，其中保温氧化温度为850～900℃。


3.根据权利要求1所述的耐熔铝腐蚀的高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤1中的清洗和干燥是指：将丙酮熔液加入到装有物料的容器，利用超声波清洗15～30分钟，再向容器中加入乙醇，利用超声波清洗15～30分钟，最后将物料放在干燥箱进行干燥，物料是指Al、Co、Ni、Fe、Ti和Cr中的任一种。


4.根据权利要求1所述的耐熔铝腐蚀的高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤2中，A1，A2，A3，A4，A5均取值为1。


5.根据权利要求1所述的耐熔铝腐蚀的高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤2中，X取值0，0.2，，04，0.6，0.8，1，1.2，...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹付成，余文强，王鑫铭，欧阳雪枚，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43