利用脉冲电流技术提升公斤级AlCoCrFeNi制造技术

本发明专利技术提供了一种利用脉冲电流技术提升公斤级AlCoCrFeNi

【技术实现步骤摘要】
利用脉冲电流技术提升公斤级AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金力学性能的方法


[0001]本专利技术涉及一种提升AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金组织结构与力学性能的方法，尤其涉及利用脉冲电流处理调控及改善AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金组织结构与力学性能的方法。

技术介绍

[0002]多主元高熵合金，又称高熵合金，它打破了传统合金的设计框架，与传统合金不同，是以多种元素(一般由5
‑
13种元素)为主要组成元素。高熵合金独特的高熵效应、迟缓扩散效应、晶格畸变效应以及鸡尾酒效应使其具有许多理想的性质，如高的强度/硬度、良好的耐磨性、好的耐腐蚀性、良好的高温稳定性、良好的导电/导热性能和磁性能等，这使得高熵合金具有多元化的应用前景，有望在核电站、海水建筑、超硬工具、模具以及涂层等领域替代传统材料。其中，共晶高熵合金兼具高熵合金和共晶合金特性可有效解决固溶体高熵合金铸造性能差、易于偏析等问题，一定程度上也缓解了单相固溶体高熵合金综合力学性能不足的问题，展现了高强、高韧等力学性能，成为应用到工业生产中最具潜力的高熵合金。目前，具有面心立方结构和有序体心立方结构的AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金被广泛的研究。研究表明： AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金展现了优越的综合性能，室温下工程拉伸强度为1000
±
50MPa，延伸率为18
±
2％，优于大多数高熵合金和传统合金。此外，此合金在铸造过程中具有较好的流动性，可成功制备出大尺寸铸锭(2.5kg)，且铸锭组织均匀无偏析。为推动共晶高熵合金走向工业化应用，需进一步提升该合金的综合力学性能。
[0003]通过脉冲电流控制合金凝固成形过程是调节合金组织结构的一种重要手段，也是进一步提升共晶合金综合力学性能的重要途径之一。通过脉冲电流处理可以细化合金凝固组织、促进扩散、改变合金凝固过程中溶质再分配，进而提升共晶高熵合金的力学性能。此外，电场技术具有能量密度高、清洁、可精确控制等优点。目前，对AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金性能的改进大多采用添加孕育剂和热机械处理方法，而通过脉冲电流处理进行公斤级 AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金凝固组织调控，进而提升其力学性能的研究尚未报道，尤其是如何精确调控共晶高熵合金凝固组织，进一步提升共晶高熵合金实现强度与塑性、韧性指标的合理配置，已成为所亟待解决的关键问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的是提供一种提高AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金力学性能的方法，具体是通过不同脉冲电流处理工艺实现公斤级AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金组织结构调控，尤其是提高该共晶高熵合金的力学性能。采用的技术方案如下：
[0005]利用脉冲电流技术提升公斤级AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，通过真空中频感应熔炼炉对Al、Co、Cr、Fe、Ni金属进行熔炼，金属完全融化并让合金元素彻底均匀分布，在合金溶体凝固过程中加以脉冲电流实现对公斤级AlCoCrFeNi
2.1
共
晶高熵合金的组织结构和力学性能的调控。
[0006]优选的，所述方法具体包括以下步骤：
[0007]①
准备工作：按照Al、Co、Cr、Fe、Ni摩尔比分别为1:1:1:1:2.1配置公斤级质量的金属原料；准备一个砂型，砂型内部形成一定空间体积的砂芯，砂芯为长方体结构，其体积与金属原料融化成金属液的体积相适配，或者大于金属液的体积，再将正、负两根电极水平且对称地从外向内插入砂型左、右两侧；
[0008]将准备好的砂型进行清理，并将砂型预热至350℃，连接砂型两侧电极至脉冲电流发生装置，并将砂型置于真空熔炼炉中的坩埚下方，砂芯顶端面的中间有一开口，砂芯的开口正对上方真空熔炼炉的坩埚；
[0009]②
真空熔炼：对真空熔炼炉进行预加热烘干坩埚内的水蒸气防止对实验产生影响，接着将准备好的Al、Co、Cr、Fe、Ni的金属块按照熔点由高到低依次放入坩埚内，关闭真空中频感应炉的炉门，对炉内进行抽真空至10
‑3Pa，开始加热，并让原料完全融化成金属液。
[0010]③
真空浇铸施加脉冲电流：将融化的金属液倒入提前预热至350℃的砂芯中，同时启动脉冲电流发生装置和炉内充氩气；
[0011]④
凝固：待铸锭冷却至室温后从熔炼炉中取出，得到长方体结构的AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金铸锭。
[0012]优选的，所述步骤
①
中，采用高压氩气对准备好的砂型进行清理。
[0013]优选的，所述步骤
①
中，两根电极的直径和内长与砂型的大小相适配，各电极的端部露于砂芯中，其露于砂芯中的长度是30mm。
[0014]优选的，所述步骤
②
中，原料完全融化的方式为，加热至全部红热约为1400℃后保持功率不变10min使得原料融化，再将熔炼炉功率提高使其达到约1650℃待原料完全融化。
[0015]优选的，所述步骤
②
中，原料完全融化后，需保持1650℃继续熔炼8min，彻底保证合金元素均匀分布，防止出现偏聚现象。
[0016]优选的，所述步骤
③
中，脉冲电流的电压800V、频率为0～20Hz、脉冲处理时间1200s。
[0017]优选的，所述脉冲电流的频率为20Hz。
[0018]优选的，得到的AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金的垂直面维氏硬度为320HV，平行面维氏硬度为322HV，压缩断裂强度为2534MPa，压缩率为44.5％。
[0019]垂直面为垂直于电极方向，平行面为平行于电极方向。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0021](1)本专利技术提供了利用脉冲电流处理优化AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金组织性能的方法，采用脉冲电流处理AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金，选用的脉冲电流处理技术具有能清洁环保、简单高效等特点，避免传统添加孕育剂方法污染环境和金属材料本体的问题；同时脉冲电流具有作用时间短、输入能量高、可精确控制的特点，避免传统热处理手段生产周期长、可控性差的问题。
[0022](2)本专利技术提供了利用脉冲电流处理改善AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金组织形貌的方法，采用脉冲电流处理AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金，脉冲电流产生的热电效应、电磁力流体驱动效应和电迁移(电传输)效应，有效控制合金凝固过程中的传热、传质和动量传输，提高溶质有效分配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.利用脉冲电流技术提升公斤级AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，通过真空中频感应熔炼炉对Al、Co、Cr、Fe、Ni金属进行熔炼，金属完全融化并让合金元素彻底均匀分布，在合金溶体凝固过程中加以脉冲电流实现对公斤级AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金的组织结构和力学性能的调控。2.根据权利要求1所述的利用脉冲电流技术提升公斤级AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
①
准备工作：按照Al、Co、Cr、Fe、Ni摩尔比分别为1:1:1:1:2.1配置公斤级质量的金属原料；准备一个砂型，砂型内部形成一定空间体积的砂芯，砂芯为长方体结构，其体积与金属原料融化成金属液的体积相适配，或者略大于金属液的体积，再将正、负两根电极水平且对称地从外向内插入砂型左、右两侧；将准备好的砂型进行清理，并将砂型预热至350℃，连接砂型两侧电极至脉冲电流发生装置，并将砂型置于真空熔炼炉中的坩埚的下方，砂芯顶端面的中间有一开口，砂芯的开口正对上方真空熔炼炉的坩埚；
②
真空熔炼：对真空熔炼炉进行预加热烘干坩埚内的水蒸气防止对实验产生影响，接着将准备好的Al、Co、Cr、Fe、Ni的金属块按照熔点由高到低依次放入坩埚内，关闭真空中频感应炉的炉门，对炉内进行抽真空至10
‑3Pa，开始加热，并让原料完全融化成金属液；
③
真空浇铸施加脉冲电流：将融化的金属液倒入提前预热至350℃的砂芯中，同时启动脉冲电流发生装置和炉内充氩气；
④
凝固：待铸锭冷却至室温后从熔炼炉中取出，得到长方体结构的AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金铸锭。3.根据权利要求2所述的利用脉冲电流技术提升公斤级AlCoCrFeNi
2.1
共晶高熵合金力学性能...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜慧，倪志良，李丽，韩凯明，张强，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：