一种耐腐蚀动密封用CoNiFe中熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐腐蚀动密封用CoNiFe中熵合金及其制备方法，该动密封用CoNiFe中熵合金的成分为：5％～35％钴、5％～35％铁、其余为镍，通过晶界工程调控中熵合金中特殊晶界(特别是Σ3晶界)的比例，实现低ΣCSL晶界比例的提高和高能随机晶界网络连通性的打断，其中，低ΣCSL(3≤∑≤29晶界)比例介于40％～70％,且Σ3晶界在低ΣCSL晶界中的比例高于80％，从而有效提升该中熵合金的耐蚀性能。其制备方法包括真空熔炼、均质处理、热锻造、控制轧制、控制退火晶界工程等五个步骤；所制得的耐腐蚀动密封用CoNiFe中熵合金的腐蚀电位为‑0.55～‑0.11V，腐蚀电流密度为23～0.03μA/cm

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀动密封用CoNiFe中熵合金及其制备方法
本专利技术涉及一种合金制备方法，具体涉及一种耐腐蚀动密封用CoNiFe中熵合金及其制备方法，属于动密封材料

技术介绍
动密封是航空发动机及其它透平机械的重要部件，广泛用于各种航空发动机、航改燃气轮机、汽轮机、重型燃气轮机、核电机组等领域。动密封材料通常工作在高旋转速度、高环境温度或高摩擦生热的特殊条件下，这就要求其高的耐腐蚀性能。微观组织结构决定材料的性能，工业中常见的金属材料，大多数为晶体材料，晶界做为多晶材料的重要组成部分，对材料的性能，特别是腐蚀性能有重要的影响，腐蚀现象基本存在于所有工业领域，腐蚀导致经济的巨大损失已是众所周知的事实，据统计，全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约7000-10000亿美元，其中美国年腐蚀损失率占GDP4.2％，而我国每年因腐蚀造成的经济损失占GDP3.3％，工业、工程腐蚀问题严重制约着工业发展，如何改善金属结构材料的腐蚀性能具有重要的研究价值。而晶界工程的提出为提升金属材料腐蚀性能开拓了新途径。Krongberg等人[1]提出了重合位置点阵(CSL)模型。基于CSL模型，晶界被分为低ΣCSL晶界(∑≤29)(也称为特殊晶界)和随机晶界(∑>29)。低ΣCSL晶界能量低且稳定，对滑移断裂，应力腐蚀，裂纹扩展，溶质偏析等有强烈的抑制作用。而随机晶界由于具有高的能量和高的移动性，常常成为裂纹的核心和扩展通道，导致晶界腐蚀的出现。而通过一定的形变或者热处理工艺来调控材料的晶界特征分布，实现低ΣCSL晶界比例的提高和高能随机晶界网络连通性的打断，从而达到控制和优化材料的目的，这就是所谓的晶界工程[2-4]。自2004年，一种全新的合金进入了研究者的视野，即多主元合金，因为其独特的合金设计及优异的性能，很快成为研究的热点[5-10]。根据合金混合熵值大小，多主元合金被分为高熵合金(ΔSmix＞1.6R)和中熵合金中熵合金(混合熵介于1.6R≥ΔSmix≥1R)。Gludovatz等人[6]研究发现轧制态CrCoNi中熵合金具有非常优异的室温和低温性能，在室温下，抗拉强度接近1GPa,断裂延伸率达到70％，断裂韧性超过了200MPam1/2,甚至在低温下，抗拉强度超过了1.3GPa,断裂延伸率高达90％，断裂韧性值也达到了275MPam1/2。CrCoNi中熵合金成为现有塑性最好的金属材料之一。Sohn等人[11]利用多主元合金的晶格畸变效应设计并制备了VCoNiCr中熵合金，室温拉伸试验结果表明其屈服强度高于1GPa,且具有良好的延展性(40％)。其室温屈服强度远远高于大多数多主元合金，具有非常大的应用潜力。Tsau等人[12]对比研究了铸态FeCoNi中熵合金和FeCoNiCr高熵合金的在H2SO4和NaCl溶液中的腐蚀行为，发现FeCoNi中熵合金抗腐蚀性性能要优于FeCoNiCr高熵合金，且二者的耐腐蚀能力都要强于304不锈钢。前期的研究也发现，FeCoNi中熵合金具有良好的冷热加工性能，具有广阔的应用前景，然后经过塑性加工以后，由于变形引起的内应力，导致其腐蚀性能相比于铸态显著下降，从而使其使用性能大打折扣。本专利技术采用晶界工程的方法，通过调控低ΣCSL晶界(特别是Σ3晶界)比例，从而提高FeCoNi中熵合金耐腐蚀性能。该方法可控，可靠，易于推广应用，而且可以拓展到其他同类中熵合金。[1]M.L.Kronberg,F.H.Wilson,SecondaryRecrystallizationinCopper,JOM1(8)501-514.[2]G.Wu,D.Juuljensen,Orientationsofrecrystallizationnucleidevelopedincolumnar-grainedNiattriplejunctionsandahigh-anglegrainboundary,ActaMaterialia55(15)(2007)4955-4964.[3]M.K.Dash,R.Mythili,A.Dasgupta,S.Saroja,EffectofAnnealingTreatmentonΣ3-TypeCSLBoundariesandItsInteractionsin304HCuGradeAusteniticStainlessSteel,MetallurgicalandMaterialsTransactionsA49(7)(2018)2843-2853.[4]E.A.Holm,D.L.Olmsted,S.M.Foiles,Comparinggrainboundaryenergiesinface-centeredcubicmetals:Al,Au,CuandNi,ScriptaMaterialia63(9)(2010)905-908.[5]Y.Lu,X.Gao,L.Jiang,Z.Chen,T.Wang,J.Jie,H.Kang,Y.Zhang,S.Guo,H.Ruan,Y.Zhao,Z.Cao,T.Li,Directlycastbulkeutecticandnear-eutectichighentropyalloyswithbalancedstrengthandductilityinawidetemperaturerange,ActaMaterialia124(2017)143-150.[6]B.Gludovatz,A.Hohenwarter,K.V.Thurston,H.Bei,Z.Wu,E.P.George,R.O.Ritchie,Exceptionaldamage-toleranceofamedium-entropyalloyCrCoNiatcryogenictemperatures,NatureConmucation7(2016)10602.[7]X.Gabaix,P.Gopikrishnan,V.Plerou,H.E.Stanley,Atheoryofpower-lawdistributionsinfinancialmarketfluctuations,Nature423(6937)(2003)267-70.[8]Z.Li,K.G.Pradeep,Y.Deng,D.Raabe,C.C.Tasan,Metastablehigh-entropydual-phasealloysovercomethestrength-ductilitytrade-off,Nature534(2016)227-30.[9]Y.Qiu,Y.J.Hu,A.Taylor,M.J.Styles,R.K.W.Marceau,A.V.Ceguerra,M.A.Gibson,Z.K.Liu,H.L.Fraser,N.Birbilis,Alightweightsingle-phaseAlTiVCrcompositionallycomplexalloy,ActaMaterialia123(2017)115-124.[10]C.E.Slone,S.Chakraborty,J.Miao,E.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐腐蚀动密封用CoNiFe中熵合金及其制备方法，其特征在于，所述动密封用CoNiFe中熵合金的成分为：5％～35％钴、5％～35％铁、其余为镍，通过晶界工程调控其晶界分布而获得，该耐腐蚀动密封用CoNiFe中熵合金中，低ΣCSL(3≤∑≤29晶界)比例介于40％～70％,且Σ3晶界在低ΣCSL晶界中的比例高于80％。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀动密封用CoNiFe中熵合金及其制备方法，其特征在于，所述动密封用CoNiFe中熵合金的成分为：5％～35％钴、5％～35％铁、其余为镍，通过晶界工程调控其晶界分布而获得，该耐腐蚀动密封用CoNiFe中熵合金中，低ΣCSL(3≤∑≤29晶界)比例介于40％～70％,且Σ3晶界在低ΣCSL晶界中的比例高于80％。


2.根据权利要求1所述的耐腐蚀动密封用CoNiFe中熵合金及其制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：
步骤一：真空熔炼，
步骤二：均匀化处理，
步骤三：热锻造，
步骤四：控制轧制，
步骤五：控制退火晶界工程。


3.根据权利要求2所述的耐腐蚀动密封用CoNiFe中熵合金及其制备方法，其特征在于，步骤一：真空熔炼，将原子百分比为5％～35％钴、5％～35％铁、其余为镍(纯度均大于99.99％)的粒状/块状原料放入真空熔炼炉中，抽真空至1×10-3～5×10-3Pa，熔炼电流电流：250～300A，然后充入氩气直到炉内压力：0.1～0.5Pa，翻转重复熔炼2～3次，随后引入磁搅拌再熔炼1～3次，最后随炉冷却成锭。


4.根据权利要求3所述的耐腐蚀动密封用CoNiFe中熵合金及其制备方法，其特征在于，步骤二：均匀化处理，将真空熔炼制得的铸锭置于马弗炉中，抽真空，充氩气，在800～1000℃保温12～24小时，使得合金中的元素均匀分布。


5.根据权利要求3或4所述的耐腐蚀动密封用CoNiFe中熵合金及...

【专利技术属性】
技术研发人员：周亮，
申请(专利权)人：江苏鑫信润科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32