[发明专利]一种极寒环境用高熵合金的制备方法与应用

说明书

本发明公开一种极寒环境用高熵合金的制备方法与应用。(1)按原子百分比将钴、铬、铁、镍、锰混合，得混合金属粉末；(2)将混合金属粉末熔化成金属液；(3)在沉积腔体中的模具内涂润滑剂，干燥后通入惰性气体；(4)将金属液加注到金属液包中并通入惰性气，将金属液雾化沉积在模具内，得高熵合金锭；(5)将高熵合金锭置于真空加热炉中热处理，水冷；(6)然后将高熵合金锭热挤压，得高熵合金棒材；(7)去除高熵合金棒材表面氧化皮；(8)然后将高熵合金棒材置于真空渗氮装置中，通入氩气和氮气混合气体渗氮处理，在高熵合金棒材表面形成氮化层，获得极寒环境用高熵合金。应用：将所得高熵合金用作极地区域采矿、钻探装备。

技术领域

本发明涉及高熵合金技术领域，具体涉及一种极寒环境用高熵合金的制备方法与应用。

背景技术

近年来随着工业化进程不断推进和人口的攀升，对能源需求不断提高，过度对陆地、近海和深海区域能源的开产导致全球能源紧缺。人类对能源的探索范围逐渐向南极和北极圈扩展。北极被科学家确认是贮存未来能源的地带，并且以邻近北极圈的国家为中心已经进行了对石油和天然气资源的开发。极地区域采矿、钻探用的钢材在长时间交变应力作用下,低温下断裂破坏的倾向增大,钢材变脆更容易发生脆性断裂破坏。近年来我国在南极和北极区域大规模展开科研工作,所处环境最低温度已达-80℃。因此,在提高钢材强度的同时,还需保证有一定的低温韧塑性,而现有材料难以有效满足使用要求,亟需一种在极低温下具有韧性和疲劳断裂特性的金属材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种极寒环境用高熵合金的制备方法，通过本发明方法制得的CoCrFeNiMn高熵合金具有高硬度和高的低温韧性，可用于极地区域采矿、钻探装备用的钢材。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种极寒环境用高熵合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)配粉：按所述高熵合金的原子百分比将钴、铬、铁、镍、锰单质粉混合，得到混合金属粉末；

(2)熔炼：将所述混合金属粉末熔化，得到金属液；

(3)涂润滑剂：在沉积腔体中工作台上的圆形模具内涂覆润滑剂，干燥后通入惰性气体形成保护气氛；

(4)沉积：将所述金属液加注到金属液包中并通入惰性气体，将金属液雾化沉积在所述模具内，获得CoCrFeNiMn高熵合金锭；

(5)均质化处理：将所述CoCrFeNiMn高熵合金锭置于真空加热炉中进行热处理，然后水冷；

(6)热挤压：将均质化处理后的所述CoCrFeNiMn高熵合金锭进行热挤压，得到CoCrFeNiMn高熵合金棒材；

(7)去氧化皮：去除所述CoCrFeNiMn高熵合金棒材表面氧化皮；

(8)渗氮处理：将去氧化皮后的所述CoCrFeNiMn高熵合金棒材置于真空渗氮装置中，并通入氩气和氮气混合气体进行高温渗氮处理，在所述CoCrFeNiMn高熵合金棒材表面形成氮化层，即获得极寒环境用CoCrFeNiMn高熵合金。

进一步地，步骤(1)中所述钴、所述铬、所述铁、所述镍和所述锰的原子百分比为1：1：1：1：1；所述钴、所述铬、所述铁、所述镍和所述锰的纯度为99.9％。

进一步地，步骤(2)熔炼：将所述混合金属粉末加注到喷射沉积设备的坩埚熔炼炉中在1500-1600℃下熔化，得到金属液。

进一步地，步骤(3)中所述的润滑剂为水剂胶体石墨、DFY-1型脂基涂料或锭子油；所述的惰性气体为氩气，且所述氩气的流量为80-100sccm。