[发明专利]利用磁场提高CrCoNi中熵合金力学性能的方法

说明书

一种利用磁场提高CrCoNi中熵合金力学性能的方法，采用真空非自耗电弧熔炼法对Cr、Co和Ni原料进行熔炼，得到CrCoNi中熵合金钮扣锭。将得到的高熵合金纽扣置于0.5～5T的磁场中进行真空凝固，得到屈服强度σ_y为261～449MPa，硬度为195～252HV的CrCoNi中熵合金，并且该CrCoNi中熵合金的显微组织为近等轴状的晶粒组织本发明将强磁场作用于CrCoNi中熵合金的凝固过程，达到了提高CrCoNi中熵合金的力学性能的目的。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体是一种利用磁场提高CrCoNi中熵合金力学性能的方法。

背景技术

合金材料按照等摩尔比混合熵(ΔSconf)可以分为三类：包含一种或两种主要元素且等摩尔比混合熵ΔSconf＜1R的合金为低熵合金(即传统合金)；包含两种到四种主要元素且等摩尔比混合熵1R≤ΔSconf≤1.5R的合金为中熵合金；包含至少五种主要组成元素且等摩尔比混合熵ΔSconf≥1.5R的合金为高熵合金。

CrCoNi合金是最近被提出的一种由三种元素以等摩尔比组成的中熵合金材料。调研发现，CrCoNi中熵合金为单一的FCC相结构，具有良好的塑性。调研还发现，铸态CrCoNi中熵合金材料屈服强度较低，因此学者们都先将铸态CrCoNi中熵合金在高温下进行长时间的均匀化处理，再将其进行冷轧或热轧的方式强制进行塑性变形，然后进行一系列的退火过程改善CrCoNi中熵合金材料的性能(Ma Y,Yuan F,Yang M,et al.Dynamic sheardeformation of a CrCoNi medium-entropy alloy with heterogeneous grainstructures[J].Acta Materialia,2018:S1359645418301174.)；中南大学和西北工业大学的发明专利《一种制备高性能CrCoNi中熵合金箔材的深冷异步轧制方法(公开号CN108906889A)》将CrCoNi中熵合金深冷处理后再进行轧制改善其性能。以上方法改善CrCoNi中熵合金材料性能的过程试验周期长，过程复杂，操作不易，因此亟需一种新的手段简化提高CrCoNi中熵合金性能的方式。

调研发现磁场作为一种高能量无接触的物理场，将其作用于材料的处理过程中已经有了许多新的现象，例如在合金凝固的过程中使组织细化，在合金的热处理过程中诱导组织定向排列等等。组织决定性能，强磁场通过调控合金材料的微观组织结构，从而实现改善合金材料性能的目的，这必将成为材料处理的一种独特的新方式。

因此，将磁场作用于CrCoNi中熵合金的凝固过程，利用磁场的优势，简化材料处理改善性能的过程，实现提高CrCoNi中熵合金力学性能，这将是具有非常重要的意义。

发明内容

为克服现有技术中存在的试验周期长、操作复杂的不足，本发明提出了一种利用磁场提高CrCoNi中熵合金力学性能的方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，合金制备：以Cr、Co和Ni作为原料，所述Cr：Co：Ni的原子比为1：1：1。所述Cr、Co和Ni原料均为固态纯原料。

采用真空非自耗电弧熔炼方法对原料进行熔炼，得到CrCoNi中熵合金钮扣锭。

制备所述CrCoNi中熵合金钮扣锭时，将经过表面处理的Cr、Co和Ni原料放入真空非自耗电弧炉的坩埚中，采用真空非自耗电弧熔炼方法对该Cr、Co和Ni原料进行熔炼；同时开启电磁搅拌，所述熔炼电流为190A，搅拌电流为1.1A，熔炼时间为4min；待样品熔炼完成并彻底冷却后，将其翻面，反复熔炼4次。

步骤2，真空封装：将得到的CrCoNi中熵合金钮扣锭割成块状样品。将经过表面处理的样品放入石英管中真空封装，真空度为8×10^-3Pa；