【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高熵合金及其制备，尤其涉及一种兼具良好加工性能和力学性能的高熵合金及其制备方法。
技术介绍
1、高熵合金是兼具良好加工性能和力学性能的金属材料，目前高熵合金代替传统合金在金属材料领域产生了较大的影响，受到极大的关注，这对于提高高熵合金工程化应用具有重要作用。
2、高强高塑性是高熵合金的显著特征，可同时实现塑性强、易于加工，又具有高的强度是高熵合金工程化应用存在的挑战。经热轧后的高熵合金能够实现可加工性，还可以诱发动态再结晶来细化组织使其对合金产生极大影响。例如，热轧态cocrni中熵合金热轧后合金塑性由40%升到70%强度由778mpa降低到549mpa，表现为塑性差，强度高；热轧后退火的alcrfenicu高熵合金，热轧后变形量仅达到20%左右，断裂韧性值最高仅达到171.39 mpa·m1/2，表现为塑性差，不易加工；al含量对热轧cocrfemn系高熵合金，表现为强度明显降低，由559mpa降低至467mpa；对al0.5cu1.25cofeni1.25高熵合金进行轧制，合金成分只能轧制到40%，硬度值最高仅达到280 mpa；al0.25crfenicu高熵合金经过退火的轧制不仅没有显著的强化，延性还显著降低。
3、现有技术通过真空非自耗电弧炉进行高熵合金熔炼，一般都是几百克的小铸锭，难以用于大规模工业生产，表面会有少量氧化及存在大颗粒的杂质，而真空感应磁悬浮熔炼虽然能实现公斤级的大铸锭熔炼，但仍然存在像气泡、缩孔、缩松等铸造缺陷，极大地降低了高熵合金铸锭的利用率，提高了生产成本。如
技术实现思路
1、专利技术目的
2、本专利技术提供了一种兼具良好加工性能和力学性能的高熵合金及其制备方法，采用成本低的纯金属；同时，能够避免熔炼时产生的缺陷，对后续加工和分析提供了保障。
3、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
4、一种兼具良好加工性能和力学性能和力学性能的高熵合金，其合金元素原子表达式为：alxcrfenicu1.5，其中，0≤x≤5。
5、作为上述方案的进一步描述，所述alxcrfenicu1.5的高熵合金为树枝晶结构，其中cu富集在合金的枝晶间用以粘合枝晶。
6、一种如权利要求1-2任一所述的兼具良好加工性能和力学性能和力学性能的高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
7、步骤一、配料：兼具良好加工性能和力学性能高熵合金alxcrfenicu1.5合金成分由al、cr、fe、ni和cu元素组成，其中alxcrfenicu1.5 合金的vec 值大于8，其中al占0.01at.%-32.5at.%、cr占15at.%-22.22at.%、fe占15at.%-22.22at.%、ni占15at.%-22.22at.%、cu占22.5at.%-33.33at.%，以上各元素占比总和为100at.%，按照成分配比称取al、cr、fe、ni和cu金属原料，并在上述金属原料中额外多添加1wt.%-5wt.%的al作为烧损；
8、步骤2、母合金熔炼：采用真空非自耗电弧炉或者电磁冷坩埚悬浮炉将步骤一配制好的物料进行熔炼；
9、当采用线切割切取的长条状坯锭尺寸范围为：长小于15mm，宽小于3mm，高小于3mm时，采用真空非自耗电弧炉对将步骤1配制好的物料进行熔炼，将步骤一配制好的物料放入真空非自耗电弧炉中的其中一个圆形熔炼槽中，同时，在另一个圆形熔炼槽中放入zr或ti纯金属用以吸残留氧，并将超声波振动探头伸入真空非自耗电弧炉内，连接至坩埚底部；然后进行抽真空和充氩气；打开真空非自耗电弧炉熔炼电源开关，调整钨极高度，打开手柄启停电源，熔炼电流进行起弧，先熔炼圆形熔炼槽中zr锭或纯ti锭，再熔炼步骤一配制的物料至完全熔化，并进行超声波振动辅助，加入搅拌电流，熔炼为纽扣锭；将纽扣锭放入长条熔炼槽中熔炼成长条状坯锭；关闭搅拌电流、超声波振动辅助、真空非自耗电弧炉熔炼电源开关；采用线切割切取长条状坯锭获得所需样品；
10、当采用线切割切取的长条状坯锭尺寸范围为：长15-200mm，宽3-80mm，高3-80mm时，采用电磁冷坩埚悬浮炉进行熔炼，先将超声波振动探头伸入电磁冷坩埚悬浮炉内，然后将步骤一配制好的物料在氩气条件下进行熔炼，熔至完全熔化，并进行超声波振动辅助，通过升降驱动机构将超声振头深入到金属熔体中，超声振头振动传导至振动板振动，驱动线圈缠绕铁镓合金形成振动器，通入电流产生应变发生振动，双重振动辅助熔炼成均匀母合金铸锭，熔炼结束前，通过升降驱动机构将振动杆、超声波振动探头升起，关闭电源，冷却取出；
11、步骤三、轧制前热处理：将步骤二最终制备好长条状坯锭表面均匀涂上高温涂料，放入热处理炉中进行退火热处理，合金随炉冷却至室温，待制备产品冷却后取出;
12、步骤四、热轧：将步骤三退火热处理后的长条状坯锭放入热处理炉中进行退火热处理，然后通过双辊轴轧制进行热轧，热轧结束后，使合金完全空冷，关闭轧制制备装置；
13、步骤五、轧制后热处理：将步骤四热轧好的合金放在热处理炉中进行退火热处理，合金随炉冷却至室温，待合金冷却后取出。
14、作为上述方案的进一步描述，所述步骤1中al、cr、fe、ni和cu以纯度≥99.9wt.%的纯金属形式加入，其中al、cr、fe、ni和cu的纯金属直径均为＜50mm的颗粒。
15、作为上述方案的进一步描述，所述步骤2中采用真空非自耗电弧炉熔炼时，另一个圆形熔炼槽中放入纯度≥99.9wt.%zr或ti纯金属，然后充入氩气，待压力达到≥5pa关闭氩气瓶阀门，然后反复1-5次洗炉，然后抽真空并充氩气，真空计电阻单元降至0.5*101~1.0*101以下后打开前级阀，待真空电阻单元降至3.0100~5.0100以下后打开分子泵电源，待真空计电离单元降至710-4~910-4以下后保持5分钟关闭，充气时使氩气压力保持在200pa-500pa，调整钨极高度距待熔炼物料的顶面1-5mm，以70a-100a的熔炼电流进行起弧，以300a-700a的熔炼电流熔炼至配制的物料完全熔化，加入搅拌电流10a-20a，每个纽扣锭需熔炼4-8次，然后进行线切割。
16、作为上述方案的进一步描述，所述步骤2中采用电磁冷坩埚悬浮炉进行熔炼时，在氩气压力为200pa-500pa下进行熔炼，熔炼温度在1200℃-1800℃，保持该温度5min-15min，熔炼为母合金铸锭，然后进行线切割；超声波振动辅助其振动的频率为60khz-80khz，超声波振动的位移幅值为30μm。
17、作为上述方案的进一步描述，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种兼具良好加工性能和力学性能的高熵合金及其制备方法，其特征在于，合金成分由Al、Cr、Fe、Ni和Cu元素组成，其中Al占0.01at.%-32.5at.%、Cr占15at.%-22.22at.%、Fe占15at.%-22.22at.%、Ni占15at.%-22.22at.%、Cu占22.5at.%-33.33at.%，以上各元素占比总和为100at.%，高熵合金的价电子浓度值大于8有良好加工性能。
2.根据权利要求1所述的兼具良好加工性能和力学性能的高熵合金及其制备方法，其特征在于，所述兼具良好加工性能和力学性能的高熵合金为树枝晶结构，其中Cu富集在合金的枝晶间用以粘合枝晶。
3.一种如权利要求1-2任一所述的兼具良好加工性能和力学性能的高熵合金及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中兼具良好加工性能和力学性能的高熵合金的金属原料包括Al，所述Al以纯度≥99.9wt.%的纯金属形式加入，其中Al、Cr、Fe、Ni和Cu的纯金属直径均为＜50mm的颗粒。
5.根据权
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中采用真空非自耗电弧炉熔炼时，另一个圆形熔炼槽中放入纯度≥99.9wt.%Zr或Ti纯金属，然后充入氩气，待压力达到≥5Pa关闭氩气瓶阀门，然后反复1-5次洗炉，然后抽真空并充氩气，真空计电阻单元降至0.5*101~1.0*101以下后打开前级阀，待真空电阻单元降至3.0100~5.0100以下后打开分子泵电源，待真空计电离单元降至710-4~910-4以下后保持5分钟关闭，充气时使氩气压力保持在200Pa-500Pa，调整钨极高度距待熔炼物料的顶面1-5mm，以70A-100A的熔炼电流进行起弧，以300A-700A的熔炼电流熔炼至配制的物料完全熔化，加入搅拌电流10A-20A，每个纽扣锭需熔炼4-8次，然后进行线切割。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中采用电磁冷坩埚悬浮炉进行熔炼时，在氩气压力为200Pa-500Pa下进行熔炼，熔炼温度在1200℃-1800℃，保持该温度5min-15min，熔炼为母合金铸锭，然后进行线切割；超声波振动辅助其振动的频率为60kHz-80kHz，超声波振动的位移幅值为30μm。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的高温涂料为ZS-1高温涂料，涂完高温涂料后静置30min-60min，其中退火热处理以5-10℃\min速率升至700℃-1200℃，并保温1-5小时；所述步骤4中在放入热处理炉中后以5-10℃\min速率升至700℃-1200℃，并保温5min-25min；其中双辊轴轧制装置进行热轧控制每道次压下量为5%-20%，轧制速度20mm/s-50mm/s，轧制3-6道次；每道次轧制完，合金温度须达到700℃-1200℃，并保温5min-25min时间后，再进行下一次轧制；所述步骤5中退火热处理以5-10℃\min速率升至700℃-1200℃，并保温5min-25min。
9.根据权利要求3所述的兼具良好加工性能和力学性能高熵合金及其制备方法，其特征在于：所述步骤3中的电磁冷坩埚悬浮炉包括炉体、振动传导机构、超声振动机构和升降驱动机构，
10.根据权利要求9所述的兼具良好加工性能和力学性能高熵合金及其制备方法，其特征在于：所述炉体的顶部设置有超声振头进入通道和传导机构进入通道，超声振头进入通道和传导机构进入通道内均设置有柔性橡胶密封圈（11）；
...【技术特征摘要】
1.一种兼具良好加工性能和力学性能的高熵合金及其制备方法，其特征在于，合金成分由al、cr、fe、ni和cu元素组成，其中al占0.01at.%-32.5at.%、cr占15at.%-22.22at.%、fe占15at.%-22.22at.%、ni占15at.%-22.22at.%、cu占22.5at.%-33.33at.%，以上各元素占比总和为100at.%，高熵合金的价电子浓度值大于8有良好加工性能。
2.根据权利要求1所述的兼具良好加工性能和力学性能的高熵合金及其制备方法，其特征在于，所述兼具良好加工性能和力学性能的高熵合金为树枝晶结构，其中cu富集在合金的枝晶间用以粘合枝晶。
3.一种如权利要求1-2任一所述的兼具良好加工性能和力学性能的高熵合金及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中兼具良好加工性能和力学性能的高熵合金的金属原料包括al，所述al以纯度≥99.9wt.%的纯金属形式加入，其中al、cr、fe、ni和cu的纯金属直径均为＜50mm的颗粒。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中兼具良好加工性能和力学性能和力学性能高熵合金的金属原料包括cr、fe、ni和cu，所述cr、fe、ni和cu以纯度≥99.9wt.%的纯金属形式加入，其中cr、fe、ni和cu的纯金属直径均为＜50mm的颗粒。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中采用真空非自耗电弧炉熔炼时，另一个圆形熔炼槽中放入纯度≥99.9wt.%zr或ti纯金属，然后充入氩气，待压力达到≥5pa关闭氩气瓶阀门，然后反复1-5次洗炉，然后抽真空并充氩气，真空计电阻单元降至0.5*101~1.0*101以下后打开前级阀，待真空电阻单元降至3.0100~5.0100以下后打开分子泵电源，待真空计电离单元降至710-4~...
【专利技术属性】
技术研发人员：董书琳，那荣艺，高俊冲，曲迎东，李广龙，张伟，张斯若，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：
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