一种具有宽成分范围的无制造技术

本发明专利技术涉及一种具有宽成分范围的无

【技术实现步骤摘要】
一种具有宽成分范围的无Co共晶高熵合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料
，尤其是涉及一种具有宽成分范围的无
Co
共晶高熵合金及其制备方法
。

技术介绍

[0002]高熵合金作为一种新型合金从被提出至今已经发展多年，由于有着高强度
、
高硬度
、
高抗辐照性和优良的耐磨耐蚀性等一系列的优异性能受到研究者们的广泛关注，在结构功能材料研究领域成为极具发展潜力的金属材料
。
但是由于高熵合金存在的元素多会造成严重的凝固缺陷，例如成分偏析
、
铸造性差等，此外目前所研究的单相固溶体结构高熵合金，存在明显强塑性不平衡的特点
。
基于此有学者提出了共晶高熵合金的概念，共晶高熵合金成功结合了共晶合金与高熵合金的特点，具有均匀细致的两相层片组织结构，并且表现出优异的综合力学性能
。
不仅解决了上述存在的问题，更重要的是，共晶高熵合金良好的铸态流动性，带来了优异的铸造性能和制备工业级的高质量铸锭的潜力，对于未来的高熵合金的发展有着重大意义
。
[0003]但是当共晶合金成分偏离后，会导致明显的初始相，从而出现截然不同的力学性能
。
研究发现，大部分共晶高熵合金在成分偏离原始共晶成分后，出现了明显的组织和性能差异，仅有少数体系仍能保持双相层片结构和优异的力学性能
。
此外，虽然小尺寸的共晶高熵合金表现出均匀的成分和性能，然而随着铸锭尺寸的增加，共晶高熵合金成分偏析等问题仍然存在，从而导致了铸锭不同区域的性能差异，这种不均匀也会进一步影响到整个加工使用的过程
。
因此，开发较大的成分范围内，仍能保持双相层片结构和稳定力学性能的共晶高熵合金有重要的工业价值与研究意义
。
[0004]CN111636027B
公开了一种兼具二次屈服和高强高塑的共晶高熵合金及其制备方法，该高熵合金由
Al、Co、Cr、Fe
和
Ni
组成，高熵合金通式
Al
a
Co
b
Cr
c
Fe
d
Ni
e
，其中
10
＜
a≤25
，
10
＜
b≤25
，
0≤c
＜
25
，
10
＜
d≤25
，
10≤e
＜
41
，且
a+b+c+d+e
＝
100。
高熵合金组织为沿着单一方向排列的共晶层片，拉伸曲线具有明显二次屈服现象，但是该共晶高熵合金采用定向凝固方法合成并且并不存在多个共晶点或者共晶线
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有宽成分范围的无
Co
共晶高熵合金及其制备方法
。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术一方面提供一种具有宽成分范围的无
Co
共晶高熵合金，所述共晶高熵合金的通式为
Al
a
Cr
b
Fe
c
Ni
d
X
e
，其中
a
＝
0.8
，
b
＝
0.4
～1，
c
＝1，
d
＝
2.2
，
0≤e≤0.018
或
a
＝
0.8
，
b
＝
0.85
～1，
c
＝1～
1.15
，
d
＝
2.05
，
0≤e≤0.018
，
X
为
B、C、O
，
a、b、c、d、e
的比例为原子比，该共晶高熵合金在该成分范围内，均能保持规则层片和非规则层片相结合的组织结构和稳定的力学性能，且在加入
X
后，也能保持稳定的共晶特性
。
[0008]本专利技术另一方面提供了一种具有宽成分范围的无
Co
共晶高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1
：原料预处理：将
Al、Cr、Fe
和
Ni
金属原料打磨掉表面杂质与氧化物，清洗并晾干；
[0010]S2
：装料：按照熔点从低到高顺序将
S1
中预处理后原料和
X
一起放入熔炼炉中，抽真空并通入保护气体；
[0011]S3
：合金制备：通入保护气体之后，进行熔炼，熔炼次数为至少为4次，其中优选为4次，每次熔炼进行电磁搅拌，然后放入到浇铸模具成型即得共晶高熵合金，其中每次熔炼后需要等到原料熔化成液态后，再进行电磁搅拌，搅拌完成后需等待熔体凝固后，再进行下一次熔炼
。
[0012]进一步地，在步骤
S1
中，清洗的主要方法为用超声波进行清洗，清洗次数为1‑3次，其中优选2次，可选择使用超声波进行冲洗
。
[0013]进一步地，所述
X
为
B、C、FeB、FeC、Al2O3中的一种或多种，其中，优选为
B。
[0014]进一步地，所述熔炼炉为电弧熔炼炉或感应熔炼炉
。
[0015]更进一步地，选用电弧熔炼炉时，熔炼电流为
200
～
600A
，其中优选
500A。
[0016]选用感应电弧炉时，熔炼功率为6～
30kW
，其中优选
25kW。
[0017]进一步地，在步骤
S2
中，抽真空并通入保护气体的具体操作为：采用复合真空泵将气压抽至
2.0
×
10
‑3Pa
以下，再充入保护气体，具体使用优选为打开机械泵将电弧熔炼炉内抽真空到3×
10
‑0Pa
以下，后关闭机械泵打开分子泵，将炉内真空度抽至
2.0
×
10
‑3Pa
以下，关闭分子泵
。
[0018]更进一步地，所述的保护气体为氩气或其他惰性气体，其中优选为氩气
。
[0019]进一步地，在步骤
S3
中，浇铸模具的形状为用方片状
、
方柱状或圆棒状
。
[0020]更进一步地，浇铸模具材料为水冷铜具
、
钢模具或石墨模具
。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有宽成分范围的无
Co
共晶高熵合金，其特征在于，所述共晶高熵合金的通式为
Al
a
Cr
b
Fe
c
Ni
d
X
e
，其中
a
＝
0.8
，
b
＝
0.4
～1，
c
＝1，
d
＝
2.2
，
0≤e≤0.018
或
a
＝
0.8
，
b
＝
0.85
～1，
c
＝1～
1.15
，
d
＝
2.05
，
0≤e≤0.018
，
X
为
B、C、O
，
a、b、c、d、e
的比例为原子比
。2.
如权利要求1所述的一种具有宽成分范围的无
Co
共晶高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：原料预处理：将
Al、Cr、Fe、Ni
金属原料打磨掉表面杂质与氧化物，所有金属原料清洗并晾干；
S2
：装料：按照熔点从低到高顺序将
S1
中预处理后原料和
X
一起放入熔炼炉中，抽真空并通入保护气体；
S3
：合金制备：通入保护气体之后，进行熔炼，熔炼次数至少为4次，熔炼过程温度不低于
1500℃
，每次熔炼过程中进行电磁搅拌，将再到浇铸模具成型即得所述的共晶高熵合金
。3.
根据权利要求2所述的一种具有宽成分范围的无
Co
共晶高熵合...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟云波，时培建，李毅，王岩，王明阳，杨尹攀，蒋鑫，秦祎，林一凡，黄靖然，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：