本发明专利技术公开了一种高熵合金多段混铸装置及其方法，包括：N个区域熔炼炉，用于分别熔炼不同的金属获得金属熔体，心部熔炼炉，通过N条导流管分别与N个区域熔炼炉的出液口相连，将在N个区域熔炼炉熔炼后的金属熔体进行混合，所述心部熔炼炉包含心部坩埚，所述心部坩埚由位于上部的两个半圆筒状的石墨坩埚以及位于下部的氧化铝坩埚通过销链接的方式组成，其中两个半圆筒状的石墨坩埚通过顶部封盖连接外置的脉冲电源的正负极，为金属熔体的混合提供脉冲电流。利用上述不同的金属进行熔炼，解决了传统熔铸过程中往溶剂金属中添加溶质金属时由于熔点不一导致溶质团聚，区域成分浓度差异等现象，提高了材料的力学性能。提高了材料的力学性能。提高了材料的力学性能。
【技术实现步骤摘要】
一种高熵合金多段混铸装置及其方法
[0001]本专利技术属于合金材料领域，特别涉及一种高熵合金多段混铸装置及其方法。
技术介绍
[0002]目前在航空航天、冶金化工、海水吹填工程等领域中的输送管道材料在服役过程常常由于腐蚀、磨损或者腐蚀磨损使材料表面破坏严重从而导致设备失效，寿命缩短。管道输送的浆料属于典型的固液两相流体，由于浆料中同时存在腐蚀性介质和固相粒子，料浆泵内表面会受到高速运动浆料的强烈冲击和切削作用使钝化膜破碎。当固液两相流体继续冲刷，使得暴露在浆料中的基体来不及钝化，从而加速腐蚀进程。由于表面发生腐蚀磨损后，摩擦系数增加，增大了浆料在表面的切削作用，从而促进了磨损的发生。因此在两种状态的相互叠加作用下，加剧材料流失，尤其在高温条件下的带有腐蚀性介质和硬质粒子的双相流体运输行业中具有强烈的腐蚀作用，大大减少了材料的使用寿命。
[0003]国内常用于制造输送固
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液两相流体行业的管道材料主要是不锈钢，这类材料耐酸腐蚀性能较高，但是硬度相对较低，其耐磨性能无法达到一些特别服役环境的性能要求。目前现有的材料存在耐磨性能和耐腐蚀性能与服役环境无法匹配的现状，从而导致设备的使用寿命大大减少，甚至在服役过程中出现严重事故。因此研究新型抗高温磨损耐腐蚀的材料对于该类行业而言有着十分重要的作用。
[0004]高熵合金由于“鸡尾酒效应”而具有较多优异的力学性能，较高的强度，良好的导电性能、导热性能和耐腐蚀性能。由于高熵合金是通过将各主元金属块放置在熔炼炉进行加热至最高主元熔点的温度，因此在加热过程中需要提供更多的能量。同时在凝固过程中，由于溶质浓度较高，液
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固界面前沿液相中的温度梯度较大，使得成分过冷倾向更严重。加上高熵合金的扩散速率较低，液相中溶质的扩散系数较小，则其成分过冷倾向继续增加，因此高熵合金凝固过程中，会产生大量的一次树枝晶，这些一次枝晶臂的生长方向与热流方向平行。如果成分过冷区足够宽，二次枝晶在随后的生长过程中又会在前端分裂出三次枝晶。而且由于混合不均匀，凝固过程中出现严重的偏析现象，严重影响合金材料的塑韧性。
[0005]为了解决上述高熵合金凝固过程中成分分布不均，偏析严重，能耗高等问题，目前国内外多采用电弧熔炼、喷射沉积、粉末冶金、搅拌熔炼等方法。其中电弧熔炼是目前较为常用的熔炼方法，一般需要反复熔炼3～5次，然而这种方法的冷却速度较快，铸锭的表面存在明显的收缩现象，导致表面质量下降，且该方法冶炼的铸锭较小，一般只能进行初步的组织性能检测，无法进行大规模应用于工业生产。喷射沉积是一种通过气体喷雾器将熔体喷散成细小的液滴，金属液滴预冷后快速在预成型靶材上开始凝固，形成颗粒状组织。粉末冶金是将金属粉末混合均匀后，通过热等静压设备将粉末进行压合制备出组织均匀、性能优良的合金锭坯。以上工艺方法虽然能够部分解决偏析的问题，但是对设备要求过高、投资大、加工成本高、工艺流程长、操作复杂，成型后不利于后续加工。
技术实现思路
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种高熵合金多段混铸装置；
[0007]本专利技术的第二个目的在于提供一种高熵合金多段混铸方法。本专利技术提供的工艺方法，可避免多主元合金在凝固成形过程中出现组织粗化、成分偏析、夹杂等铸造缺陷导致的开裂倾向和难加工的现象，同时具有节能、降碳、增效的效果。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术一种高熵合金多段混铸装置，包括：
[0010]N个区域熔炼炉，用于分别熔炼不同成分的金属获得金属熔体，
[0011]心部熔炼炉，通过N条导流管分别与N个区域熔炼炉的出液口相连，将在 N个区域熔炼炉熔炼后的金属熔体进行混合，N条导流管中均设有流速控制板，用于控制金属熔体由N个区域熔炼炉流入心部熔炼炉的流速；
[0012]所述心部熔炼炉包含心部坩埚、电磁感应线圈、位于心部坩埚底部的水冷结晶器；
[0013]所述心部坩埚由位于上部的两个半圆筒状的石墨坩埚以及位于下部的氧化铝坩埚通过销链接的方式组成，其中两个半圆筒状的石墨坩埚通过顶部封盖连接外置的脉冲电源的正负极，为金属熔体的混合提供脉冲电流。
[0014]本专利技术提供的高熵合金多段混铸装置，包含N个区域熔炼炉，可以分别对不同的金属进行熔炼，熔炼完成后所得熔体，流入心部熔炼炉的心部坩埚，而本专利技术通过直接将坩埚的上部设定为两个半圆筒状的石墨坩埚通过顶部封盖连接外置的脉冲电源的正负极，为金属熔体的混合提供脉冲电流，可以防止现有技术中电极棒与金属液体直接接触，防止在熔炼冷却过程中往金属液中引入杂质，同时下部采用氧化铝坩埚，作用氧化铝坩埚作为中间隔断是根据氧化铝不导电的特性，促使脉冲电流从电极通往石墨坩埚流入金属液。
[0015]优选的方案，所述N个区域熔炼炉的内层为石墨坩埚，外层为包覆石墨坩埚的石棉隔热层，中心含有涡流加热线圈，用于对需要熔炼的金属进行加热，顶部为带有氩气保护气体导流管的封板，底部为含出液口的底座。
[0016]上述结构的区域熔炼炉形成封闭式装配，以保证在熔炼过程中金属溶液一直处于保护气氛之中。
[0017]优选的方案，所述N为5～8。在实际应用过程中，可根据需要启用其中的部份或全部的区域熔炼炉
[0018]优选的方案，导流管的材质为石墨，其外部包覆着石棉隔热层。以防止热量流失。
[0019]优选的方案，所述心部坩埚外层包覆着石棉隔热层。
[0020]优选的方案，所述多段混铸装置还包含PC控制系统。在实际操作用程中，通过PC控制系统与其他的部件相连，实现合金材料在熔炼过程中混合流速、涡流加热温度、保温时间、脉冲电流、频率、电压、脉宽等重要参数的自动化控制。
[0021]本专利技术一种高熵合金多段混铸的方法，包括如下步骤：按设计比例配取M 种金属，分别置于M个区域熔腔炉中，M≦N；在保护气氛下分别在不同的温度下进行熔炼，熔炼完后成，获得M种金属熔体，然后将M种金属熔体经由导流管流入心部熔炼炉的心部坩埚，在金属熔体流入的过程中，对心部坩埚中的混合熔体进行低频电磁搅拌，待金属熔体流入完毕后，对混合熔体进行高频电磁搅拌，同时通过位于心部坩埚上部的两个半圆筒石墨坩埚向混合
熔体中通入脉冲电流，并开启水冷结晶器使混合熔体冷却凝固即得高熵合金。
[0022]本专利技术的工艺，采用多个区域熔腔炉分别对不同的金属进行熔炼，解决了传统熔铸过程中往溶剂金属中添加溶质金属时由于熔点不一导致溶质团聚，区域成分浓度差异等现象，提高了材料的初始力学性能，减少因夹杂、晶粒粗化、成分偏析导致塑韧性较差的问题，降低合金的开裂倾向，提高合金的加工性能。
[0023]优选的方案，所述任意一个熔炼炉中熔炼温度为该熔炼炉加入的金属的熔点 +30～50℃。
[0024]本专利技术的熔炼针对于各个合金元素进行熔点的设定，相对于现有技术中各金属混合熔炼时，所设定的熔炼温度仅炼仅考虑最高熔点，而本专利技术一定程度上节约了能源损耗。
[0025]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高熵合金多段混铸装置，其特征在于：包括：N个区域熔炼炉，用于分别熔炼不同的金属获得金属熔体，心部熔炼炉，通过N条导流管分别与N个区域熔炼炉的出液口相连，将在N个区域熔炼炉熔炼后的金属熔体进行混合，N条导流管中均设有流速控制板，用于控制金属熔体由N个区域熔炼炉流入心部熔炼炉的流速；所述心部熔炼炉包含心部坩埚、电磁感应线圈、位于心部坩埚底部的水冷结晶器；所述心部坩埚由位于上部的两个半圆筒状的石墨坩埚以及位于下部的氧化铝坩埚通过销链接的方式组成，其中两个半圆筒状的石墨坩埚通过顶部封盖连接外置的脉冲电源的正负极，为金属熔体的混合提供脉冲电流。2.根据权利要求1所述的一种高熵合金多段混铸装置，其特征在于：所述N个区域熔炼炉的内层为石墨坩埚，外层为包覆石墨坩埚的石棉隔热层，中心含有涡流加热线圈，用于对需要熔炼的金属进行加热，顶部为带有氩气保护气体导流管的封板，底部为含出液口的底座。3.根据权利要求1或2所述的一种高熵合金多段混铸装置，其特征在于：所述N为5～8。4.根据权利要求1或2所述的一种高熵合金多段混铸装置，其特征在于：导流管的材质为石墨，其外部包覆着石棉隔热层；所述心部坩埚外层包覆着石棉隔热层；所述多段混铸装置还包含PC控制系统。5.一种高熵合金多段混铸的方法，其特征在于，应用权利要求1
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4任意一项所述的高熵合金多段混铸装置，包括如下步骤：按设计比例配取M种金属，分别置于M个区域熔腔炉中，M≦N；在保护气氛下分别在不同的温度下进行熔炼，熔炼完后成，获得M种金属熔体，然后将M种金属熔体经由导流管流入心部熔炼炉的心部坩埚，在金属熔体流入的过程中，对心部坩埚中的混合熔体进行低频电磁搅拌，待金属熔体流入完毕后，对混合熔体进行高频电磁搅拌，同时通过位于心部坩埚上部的两个半圆筒石墨坩埚向混合熔体中通入脉冲电流，并开启水冷结晶器使混合熔体冷却凝固即得高熵合金。6.根据权利要求5所述的一种高熵合...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈才，谭騛，姜雁斌，李周，徐国富，邱文婷，
申请(专利权)人：湖南稀土金属材料研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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