一种无Co型Cr制造技术

本发明专利技术公开了一种无Co型共晶中熵合金及其制备方法，化学式为Cr

【技术实现步骤摘要】
一种无Co型Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
共晶中熵合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及中熵合金，具体是一种无Co型Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
共晶中熵合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]中熵合金是由3～5种主元构成的新型金属材料，相比于传统合金，中熵合金具有高强度、高硬度及良好的耐蚀性等优异的机械、物理及化学性能，在航空航天、轨道交通、能源化工、机械制造等领域有良好的应用潜力，可用于制造耐高温零件、耐腐蚀设备或作为高强度结构材料等，已受到国内外广泛关注，例如：Zhang等报道了共晶中熵合金CoCrNiNb
0.48
，其纳米硬度和维氏硬度分别高达12.48GPa和725HV；Du等通过调整合金成分得到共晶中熵合金CoCrNiHf
x
，其屈服强度为990.5
±
31.8MPa，断裂应变为15.9％；Jiang等报道了由FCC相和Laves相构成的共晶高熵合金CoCrFeNiTa
0.4
，其断裂强度高达2290MPa，同时压缩应变保持在22.6％，具有良好的强韧性配合。虽然以上合金具有良好的力学性能，但合金均含有稀贵金属Co，导致合金的生产成本居高不下，同时，Co在我国的储量极少并严重依赖进口，这不利于我国工业的长久稳定发展。因此，开发无Co型共晶中熵合金具有重要的现实意义及工程应用价值。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种无Co型Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
共晶中熵合金及其制备方法，不仅降低了生产成本，而且制备的共晶中熵合金具有优异的力学性能。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0005]一种无Co型Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
共晶中熵合金，化学式为Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
，其中0＜x≤2.5，0.2≤y≤0.9。
[0006]进一步地，化学式为Cr
1.5
Fe
1.5
NiNb
0.58
。
[0007]进一步地，微观结构包括初生BCC相、Laves相及超细共晶FCC/Laves。
[0008]一种无Co型Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
共晶中熵合金的制备方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1、按照摩尔比1.5:(2.5
‑
x):x:y称取纯净的Cr、Fe、Ni、Nb金属单质，其中：0＜x≤2.5，0.2≤y≤0.9。
[0010]步骤2、按照熔点由低到高的顺序依次将纯净的Cr、Fe、Ni、Nb金属单质置于非自耗电弧熔炼炉内的水冷坩埚中，对非自耗电弧熔炼炉反复抽真空并冲入氩气，接着利用电弧反复熔炼，然后随炉冷却至室温，得到Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
共晶中熵合金。
[0011]进一步地，所述步骤1还包括：将Cr、Fe、Ni、Nb金属单质原料分别放入无水乙醇中通过超声波清洗15～20min，然后用吹风机吹干，得到纯净的Cr、Fe、Ni、Nb金属单质。
[0012]进一步地，所述Cr、Fe、Ni、Nb金属单质原料分别是纯度为99.95％的Cr片、纯度为99.95％的Fe颗粒、纯度为99.95％的Ni颗粒和纯度为99.95％的Nb块。
[0013]进一步地，所述步骤2的非自耗电弧熔炼炉内至少放置有两个水冷坩埚，其中一个水冷坩埚用于放置纯净的Cr、Fe、Ni、Nb金属单质，另一水冷坩埚中放置有用于除炉内残余氧气的金属Ti。
[0014]进一步地，所述步骤2中对非自耗电弧熔炼炉反复进行抽真空至炉体内部的真空度为3
×
10
‑3～6
×
10
‑3Pa。
[0015]进一步地，所述步骤2中对非自耗电弧熔炼炉反复抽真空并冲入氩气后，炉体内的气压为0.05Pa。
[0016]进一步地，所述步骤2利用电弧反复熔炼的过程为：先利用电弧熔炼水冷坩埚中的纯净的Cr、Fe、Ni、Nb金属单质4～5min，待冷却后得到合金铸锭，将合金铸锭翻转后再次利用电弧重熔4～5min，如此反复重熔5次，随炉冷却至室温，得到Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
共晶中熵合金。
[0017]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0018]本专利技术利用真空熔炼技术对预先配置的金属单质进行熔炼，通过简单的冷却凝固即可获得Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
共晶中熵合金，操作方法简单、易于控制；更关键地是，利用低成本的Nb单质替代了高成本的贵金属Co，在低成本的条件下，制备出了具有优异力学性能的共晶中熵合金，适用于大规模生产，具有较高的工程应用价值。
[0019]本专利技术制备的Cr
1.5
Fe
1.5
NiNb
0.58
共晶中熵合金的断裂强度为2180
±
75MPa，断裂应变13.14
±
0.51％，室温屈服强度为1481
±
105Mpa，具有良好的力学性能。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1合成的Cr
1.5
Fe
1.5
NiNb
0.58
共晶中熵合金的XRD图谱；
[0021]图2为本专利技术实施例1合成的Cr
1.5
Fe
1.5
NiNb
0.58
共晶中熵合金的低倍SEM图；
[0022]图3为本专利技术实施例1合成的Cr
1.5
Fe
1.5
NiNb
0.58
共晶中熵合金的高倍SEM图；
[0023]图4为本专利技术实施例1合成的Cr
1.5
Fe
1.5
NiNb
0.58
共晶中熵合金的室温压缩应力...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无Co型Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
共晶中熵合金，其特征在于，化学式为Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
，其中0＜x≤2.5，0.2≤y≤0.9。2.根据权利要求1所述的无Co型Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
共晶中熵合金，其特征在于，化学式为Cr
1.5
Fe
1.5
NiNb
0.58
。3.根据权利要求1所述的无Co型Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
共晶中熵合金，其特征在于，微观结构包括初生BCC相、Laves相及超细共晶FCC/Laves。4.一种如权利要求1～3任一项所述无Co型Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
共晶中熵合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、按照摩尔比1.5:(2.5
‑
x):x:y称取纯净的Cr、Fe、Ni、Nb金属单质，其中：0＜x≤2.5，0.2≤y≤0.9；步骤2、按照熔点由低到高的顺序依次将纯净的Cr、Fe、Ni、Nb金属单质置于非自耗电弧熔炼炉内的水冷坩埚中，对非自耗电弧熔炼炉反复进行抽真空并入氩气，接着利用电弧反复熔炼，然后随炉冷却至室温，得到Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
共晶中熵合金。5.根据权利要求4所述的无Co型Cr
1.5
Fe
2.5
‑
x
Ni
x
Nb
y
共晶中熵合金的制备方法，其特征在于，所述步骤1还包括：将Cr、Fe、Ni、Nb金属单质原料分别放入无水乙醇中通过超声波清洗15～20min，然后用吹风...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛云龙，田康康，冯娜，康成麟，邵怡凡，刘虎林，张新孟，伍媛婷，袁亮，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：