利用分级深冷处理提升高熵合金性能的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用分级深冷处理提升高熵合金性能的方法，铸态高熵合金制备：将配制好的高纯金属原料放在真空电弧熔炼炉内熔炼，经过多次反复熔炼得到铸态高熵合金试样；分级深冷处理：将制备完毕的高熵合金试样先在‑75~‑85℃的液态二氧化碳中浸泡，取出试样后将其直接浸泡于‑190~‑196℃的液氮中，取出试样在空气中恢复至室温，完成对高熵合金进行的分级深冷处理。本发明专利技术不需要改变合金成分，通过分级深冷处理工艺使得高熵合金组织得到了显著细化，且在处理时间较短的情况下即可大幅度提高合金机械性能。

The method of improving the properties of high entropy alloy by the step cryogenic treatment

【技术实现步骤摘要】
利用分级深冷处理提升高熵合金性能的方法
本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种利用分级深冷处理提升高熵合金性能的方法。
技术介绍
高熵合金是近期兴起的一种新型合金，与其他合金相比，高熵合金具有高强度、高硬度、高加工硬化、高耐磨、高温稳定性和耐蚀性等优异性能，因此高熵合金(HEA)得到了人们的广泛关注。目前对于高熵合金的研究主要集中在成分对高熵合金的显微组织与各类性能的影响上，对于使用深冷处理来改善高熵合金性能的研究很少，深冷处理对于高熵合金的影响也并无定论。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供一种利用分级深冷处理提升高熵合金性能的方法，所要解决的技术问题是，提供一种利用分级深冷处理提升高熵合金的低温性能与机械性能的方法。技术方案：一种利用分级深冷处理提升高熵合金性能的方法，1）、铸态高熵合金制备：将配制好的高纯金属原料放在真空电弧熔炼炉内熔炼，经过多次反复熔炼得到铸态高熵合金试样；2）、分级深冷处理：将制备完毕的高熵合金试样先在-75~-85℃的液态二氧化碳中浸泡，取出试样后将其直接浸泡于-190~-196℃的液氮中，取出试样在空气中恢复至室温，完成对高熵合金进行的分级深冷处理。高熵合金组成元素分别为Al、Cr、Fe、Ni，每种元素经去除氧化膜后其纯度均≥99.9%。高熵合金的制备包括以下步骤：1)、按摩尔比为Al：Cr：Fe：Ni=1：1：2：2进行配料，每种元素的杂质含量小于0.02%；2）、将1）步骤中配好的原料放入高纯氩气保护下的真空电弧熔炼炉内进行真空电弧熔炼，反复翻转试样熔炼4~5次，得到高纯金属试样；3)、令2）步骤中的高纯金属试样在水冷铜模中随炉冷却，熔炼后得到铸态高熵合金。将制备完毕的高熵合金试样先在-75~-85℃的液态二氧化碳中浸泡2~24h，取出试样后将其直接置于-190~-196℃的液氮中浸泡2~24h，取出试样在空气中恢复至室温。优选的，将制备完毕的高熵合金试样先在-75~-85℃的液态二氧化碳中浸泡4h，取出试样后将其直接置于-190~-196℃的液氮中浸泡4h，取出试样在空气中恢复至室温。优点效果：本专利技术探索了高熵合金的深冷处理工艺，研究分级深冷处理对高熵合金组织和性能的影响规律，得到了一种能够提升AlCrFe2Ni2高熵合金的性能的方法，即分级深冷处理。本专利技术不需要改变合金成分，通过分级深冷处理工艺使得高熵合金组织得到了显著细化，且在处理时间较短的情况下即可大幅度提高合金机械性能。利用本专利技术制备的高熵合金，FCC相增多，合金组织得到了明显细化，低温机械性能得到显著提升，满足低温下使用零部件的性能要求，可在低温领域得到广泛应用，例如，LNG运输上的连接部件，低温环境下的叶片等。附图说明图1为2+2h条件下AlCrFe2Ni2高熵合金的XRD谱图；图2为4+4h条件下AlCrFe2Ni2高熵合金的XRD谱图；图3为6+6h条件下AlCrFe2Ni2高熵合金的XRD谱图；图4为12+12h条件下AlCrFe2Ni2高熵合金的XRD谱图；图5为24+24h条件下AlCrFe2Ni2高熵合金的XRD谱图；图6为铸态条件下AlCrFe2Ni2高熵合金的扫描电镜图；图7为2+2h条件下AlCrFe2Ni2高熵合金的扫描电镜图；图8为4+4h条件下AlCrFe2Ni2高熵合金的扫描电镜图；图9为6+6h条件下AlCrFe2Ni2高熵合金的扫描电镜图；图10为12+12h条件下AlCrFe2Ni2高熵合金的扫描电镜图；图11为24+24h条件下AlCrFe2Ni2高熵合金的扫描电镜图；图12为不同条件下AlCrFe2Ni2高熵合金的硬度值图；图13为不同条件下AlCrFe2Ni2高熵合金的室温压缩应力-应变曲线。具体实施方式以下结合具体的实施例对上述方案做进一步说明，本专利技术的优选实施例详述如下：1）合金制备：按照合金中Al、Cr、Fe、Ni原子比为1：1：2：2的比例，采用纯度为99.9％的单质Al、Cr、Fe、Ni金属原料，根据质量百分比确定每种金属的质量，并进行称重、配料，再将配好的金属原材料放在真空电弧熔炼炉内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气保护下，反复翻转试样熔炼4~5次，得到成分均匀的Al-Cr-Fe-Ni母合金铸锭；2）合金材料定型处理：利用电火花线切割技术，将在所述步骤1）中得到的Al-Cr-Fe-Ni合金铸锭制成块状AlCrFe2Ni2合金材料；3）分级深冷处理：将将在所述步骤2）中制备的AlCrFe2Ni2合金先在-75~-85℃的液态二氧化碳中浸泡2~24h，取出试样后将其直接置于-190~-196℃的液氮中浸泡2~24h，取出试样在空气中恢复至室温，室温为20℃，即完成对AlCrFe2Ni2高熵合金的分级深冷处理过程。4）将最终获得的高熵合金进行X射线衍射检测、扫描电镜检测、硬度测试以及压缩性能测试。所述的利用分级深冷处理提升高熵合金性能的方法，其特征在于，组成元素分别为Al、Cr、Fe、Ni，经过去除氧化膜后其纯度均≥99.9%。所述的利用分级深冷处理提升高熵合金性能的方法，其特征在于，在-75~-85℃的液态二氧化碳中浸泡2~24h，取出试样后将其直接置于-190~-196℃的液氮中浸泡2~24h，取出试样在空气中恢复至室温。所述的分级深冷处理时间，其特征在于，在-75~-85℃的液态二氧化碳和-190~-196℃的液氮中进行分级深冷处理的优选时间4+4h。实施例一：1）合金制备：按照合金中Al、Cr、Fe、Ni原子比为1：1：2：2的比例，采用纯度为99.9%的单质Al、Cr、Fe、Ni金属原料，根据质量百分比确定每种金属的质量（Al、Cr、Fe、Ni分别为5.26g、10.13g、21.75g、22.86g，按照每个合金铸锭60g计算）并进行称重、配料，再将配好的金属原材料放在真空电弧熔炼炉内，采用非自耗电弧熔炼法在氩气保护下，反复翻转试样熔炼4~5次，得到成分均匀的Al-Cr-Fe-Ni母合金铸锭；2）合金材料定型处理：利用电火花线切割技术，将在所述步骤1）中得到的Al-Cr-Fe-Ni合金铸锭制成8mm×8mm×6mm的块状AlCrFe2Ni2合金材料；3）深冷处理：采用液态二氧化碳对其进行深冷处理，在-75~-85℃温度下的液态二氧化碳环境中，将在所述步骤2）中制备的AlCrFe2Ni2合金置于其中保温4小时，进行深冷处理，随后取出试样恢复至室温，即完成对AlCrFe2Ni2高熵合金的深冷处理过程。实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：1）合金制备：本步骤与实施例一相同；2）合金材料定型处理：本步骤与实施例一相同；3）深冷处理：采用液氮对其进行深冷处理，在-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用分级深冷处理提升高熵合金性能的方法，其特征在于：/n1）、铸态高熵合金制备：将配制好的高纯金属原料放在真空电弧熔炼炉内熔炼，经过多次反复熔炼得到铸态高熵合金试样；/n2）、分级深冷处理：将制备完毕的高熵合金试样先在-75~-85 ℃的液态二氧化碳中浸泡，取出试样后将其直接浸泡于-190~-196℃的液氮中，取出试样在空气中恢复至室温，完成对高熵合金进行的分级深冷处理。/n

【技术特征摘要】
20190318 CN 20191020373571.一种利用分级深冷处理提升高熵合金性能的方法，其特征在于：
1）、铸态高熵合金制备：将配制好的高纯金属原料放在真空电弧熔炼炉内熔炼，经过多次反复熔炼得到铸态高熵合金试样；
2）、分级深冷处理：将制备完毕的高熵合金试样先在-75~-85℃的液态二氧化碳中浸泡，取出试样后将其直接浸泡于-190~-196℃的液氮中，取出试样在空气中恢复至室温，完成对高熵合金进行的分级深冷处理。


2.根据权利要求1所述的利用分级深冷处理提升高熵合金性能的方法，其特征在于：高熵合金组成元素分别为Al、Cr、Fe、Ni，每种元素经去除氧化膜后其纯度均≥99.9%。


3.根据权利要求2所述的利用分级深冷处理提升高熵合金性能的方法，其特征在于：高熵合金的制备包括以下步骤：
1)、按摩尔比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：白鹤山，尤俊华，李承泽，张维维，刘苏杰，曲迎东，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21