[发明专利]一种电弧熔炼制备TiC增强铁基高熵合金复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种电弧熔炼制备TiC增强铁基高熵合金复合材料的方法。其步骤为：制备电弧熔炼试样；装样：将压坯试样装入真空电弧熔炼炉；抽真空；熔炼：引弧，调整合适电流熔炼试样，并翻转试样多次熔炼；出炉：在电弧炉中冷却，取出即可得TiC增强铁基高熵合金复合材料。本发明采用电弧熔炼制备TiC增强铁基高熵合金复合材料，所得复合材料致密性良好，与纯铁和原高熵合金相比强度进一步提高。该方法节能省时，操作简单，安全可靠，环境友好。

技术领域

本发明涉及一种TiC增强铁基高熵合金复合材料的电弧熔炼制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

电弧熔炼制备TiC增强铁基高熵合金复合材料是指采用电弧高温加热混合好的试样，该方法制备的复合材料无气孔，组织致密性非常良好，环保无污染，操作简单稳定性良好，同时TiC作为增强体分布均匀，基体结合良好，高熵合金均匀分散于基体中，提高基体性能。高熵合金因其良好的硬度，耐磨性，抗高温软化能力而受到广泛关注，目前高熵合金还可作为复合材料的基体使用，而高熵合金作为增强体却很少有报道，尤其是用来增强铁基复合材料。金属与金属之间的互溶与扩散相对容易，且高熵合金结构简单，界面结合更好。TiC作为陶瓷相颗粒增强铁基，因其极高的强度而大幅度提高材料性能，并且是内生性增强相，界面结合非常良好。随着高熵合金的加入和TiC颗粒生成，铁基体性能得到大幅度提高。

文献一采用了电弧熔炼的方法制备了五主元AlFeCrCoNi高熵合金，用线切割将高熵合金切成薄片并球磨成细小颗粒，随后采用烧结工艺制备了Cu－20wt.%AlFeCrCoNi复合材料，工艺复杂，耗时较长，强度提高不是很大（魏婷，西安工业大学，2015）。文献二采用无压烧结、热压烧结、熔融浸渗等不同工艺路线制备了TiC增强Fe基均质复合材料、梯度复合材料及双连续相复合材料，这种方法局限于仅仅采用TiC来制备铁基复合材料，陶瓷相与金属基体的原子尺寸差较大，界面结合不是很好，并且烧结存在致密性差的问题（郑涌，北京交通大学，2017）。迄今为止还没有内生性TiC和高熵合金共同增强铁基复合材料的公开研究报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种电弧熔炼制备TiC增强铁基高熵合金复合材料的方法，该工艺操作简单、安全可靠、节能省时、环境友好，细小TiC增强颗粒为原位反应生成，表面无污染、界面结合良好。

实现本发明目的技术解决方案为：一种电弧熔炼制备TiC增强铁基高熵合金复合材料的方法，包括以下步骤：

第一步、将高纯的Fe、Co、Ni、Cu粉末等摩尔比称取，C、Ti粉末等摩尔比称取，混合后球磨，其中，各种粉末具体质量按照目标复合材料所需增强体体积分数调整；

第二步、将球磨后的粉体干燥，挤压成坯样，将坯样与高纯铁块进行电弧熔炼；

第三步、熔炼结束待冷却后，放气即可取出铁基高熵合金复合材料。

优选的，第一步中，球磨中球粉质量比为5：1，球磨转速为250~300p.r.m，球磨时间为4~8h。

优选的，第一步中，Fe、Co、Ni、Cu粉末生成的高熵合金占复合材料体积分数10~30vol.%，C、Ti粉末生成的TiC占复合材料体积分数5~15vol.%。

优选的，第二步中，所述的干燥温度为100~120℃，干燥时间为1小时。

优选的，第二步中，电弧熔炼时抽真空至10^－4~10^－3Pa。

优选的，第二步中，挤压成坯样时挤压压力为120~150MPa。

优选的，第二步中，高纯铁块质量是根据高熵合金和TiC的体积分数计算而得，即将坯样与55~85vol.%的高纯铁块进行电弧熔炼。

与现有技术相比，本发明的显著优点是：