[发明专利]一种FeCrCoNiAl高熵合金的冶炼方法

说明书

一种FeCrCoNiAl高熵合金的冶炼方法，属于冶金技术领域。其包括（1）真空预熔：依次将电解镍、金属铬、电解钴装入真空感应炉中熔清，浇铸成锭，脱模后破碎成块，得到镍铬钴合金块；（2）真空二次熔炼：将纯铁、镍铬钴合金块依次装入真空感应炉中熔清后，停真空、停电、充氩，钢液结膜后，加入铝粒，大功率搅拌快速熔化；调整至出钢温度，带电出钢，浇铸至水冷锭模中，即得FeCrCoNiAl高熵合金铸锭。本发明将熔炼过程分成两个阶段，从而将脱气任务放在预熔阶段，大大减少真空二次熔炼时间，减少了夹杂物代入量，所得高熵合金铸锭均匀性很好，Fe、Cr、Co、Ni、Al等元素的宏观偏析指数良好。

技术领域

本发明涉及一种FeCrCoNiAl高熵合金的冶炼方法，尤其是一种真空感应炉冶炼FeCrCoNiAl高熵合金的方法。

背景技术

高熵合金是五种以上金属等原子比或近等原子比合金化形成的、具有较高混合熵的合金，在凝固后能够形成相对简单的相结构，包括FCC、BCC以及HCP结构。研究表明，高熵合金具有众多优于传统合金的性能，包括热稳定性、低层错能、抗辐照、抗腐蚀以及易于克服性能上的“trade-off”效应。由于高熵合金具有优异的使用性能，所以在电工、发动机、硬质刀具、光热转换等领域均展现出了非常大的发展潜力。

然而，高熵合金的制备技术，一直是制约其发展的技术难题。合金组元较多，彼此间原子尺寸和核外电子差异较大，导致组元的熔点、原子扩散能力等性能差异大，相互融合均匀难度较大，所以，为克服合金组元差异性引起的成分不均，高熵合金的主要制备方法是粉末冶金方法。

事实上，感应熔炼理论上可完全满足高熵合金的制备要求，只须克服元素氧化、外来夹杂物代入和凝固偏析。

目前已公开的技术中，专利202010202852.4公开了一种难熔高熵合金及其成型方法，采用电磁感应悬浮熔炼难熔高熵合金，方法虽新颖，但对设备及工艺技术水平要求极高，如熔炼环境要求真空度10^-3～10^-4Pa，使得工业用真空设备均无法达到；专利201910237623.3公开了一种FeCrVTiMn高熵合金及使用其进行复杂流道结构激光增材制造的方法，采用粉末熔化分层沉积方法熔炼高熵合金，该方法可有效避免合金成分偏析，但效率太低，无工业化前景；专利201610137258.5公开了一种生物医用TiZrNbTa系高熵合金及其制备方法，采用真空电弧炉制备高熵合金，该方法为确保高熵合金成分均匀，反复在坩埚中熔炼4次及以上，这将不可避免会引入坩埚耐材等外来夹杂，对合金洁净度影响较大。

总之，目前公开的技术中，特别是感应熔炼技术中，尚没有适合工业化且能克服元素氧化、阻隔外来夹杂物和减轻凝固偏析的综合技术方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种FeCrCoNiAl高熵合金的冶炼方法。本发明采用如下技术方案：

一种FeCrCoNiAl高熵合金的冶炼方法，包括以下步骤：

（1）真空预熔

A. 将电解镍装入真空感应炉氧化锆预制坩埚中，抽真空，通电熔化；

B. 待电解镍熔清后，分批次加入金属铬，待金属铬全部熔清后，升温并调节真空度进行脱气，至[O]≤15ppm、[N]≤15ppm、[H]≤1ppm；

C. 保持真空度，降温，分批次加入电解钴，熔清；

D. 调整温度至1350～1400℃，浇铸成锭；

E. 待降温至室温后脱模，去除表面氧化层和浮渣，破碎成块，得到镍铬钴合金块；

（2）真空二次熔炼

F. 将镍铬钴合金块、铝粒装入加料斗，纯铁装入真空感应炉氧化锆预制坩埚中，抽真空，通电熔化；