[发明专利]一种铝钴铬铁镍硅高熵合金的制备方法

摘要

本发明涉及一种铝钴铬铁镍硅高熵合金的制备方法，是针对各合金元素的特点，经真空电弧熔炼，制成高熵合金，此制备方法工艺先进，技术参数精确，制成的高熵合金硬度达237HV、抗压强度达1553MPa、屈服强度达457MPa、压缩应变达42%，兼具高强度和良好的塑性，满足现代工业对材料力学性能的要求，是先进的高熵合金的制备方法。

主权项

1.一种铝钴铬铁镍硅高熵合金的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：铝、钴、铬、铁、镍、硅、海绵钛、氩气、无水乙醇，组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位铝：Al，纯度99.99％，固态颗粒，2.028g±0.001g钴：Co，纯度99.99％，固态颗粒，14.784g±0.001g铬：Cr，纯度99.99％，固态颗粒，13.044g±0.001g铁：Fe，纯度99.99％，固态颗粒，14.01g±0.001g镍：Ni，纯度99.99％，固态颗粒，14.724g±0.001g硅：Si，纯度99.99％，固态颗粒，1.41g±0.001g海绵钛：Ti，纯度95％，固态块体，50g±0.1g氩气：Ar，纯度99.999％，气态气体，500000cm³±100cm³无水乙醇：C₂H₅OH，纯度99.99％，液态液体，2000mL±10mL制备方法如下：(1)预处理铝、钴、铬、铁、镍、硅颗粒①将铝、钴、铬、铁、镍、硅颗粒置于烧杯中，加入无水乙醇300mL，超声震荡清洗30min，清洗后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度200℃，真空度2Pa，干燥时间30min；(2)配料称取铝2.028g±0.001g、钴14.784g±0.001g、铬13.044g±0.001g、铁14.01g±0.001g、镍14.724g±0.001g、硅1.41g±0.001g、海绵钛50g±0.1g；(3)熔炼制备高熵合金锭：铝钴铬铁镍硅高熵合金的熔炼是在真空电弧熔炼炉中进行的，是在抽真空、充氩气、熔炼高熵合金过程中完成的；①放置原料打开真空电弧熔炼炉，清理熔炼炉内部，并用无水乙醇进行清洗，使熔炼炉内部洁净；将海绵钛放入水冷铜模辅助熔池中；将铝、钴、铬、铁、镍、硅原料按照熔点由低到高、自下而上的顺序放置到水冷铜模主熔池内；关闭炉门，密闭；②抽真空、充氩气开启真空泵，抽空炉内空气，使炉内压强达0.005Pa，关闭真空泵；开启氩气阀，输入氩气至半个大气压，关闭氩气阀；重复该步骤3次以清洗真空室；③熔炼海绵钛熔炼海绵钛，以消耗真空室内的残余氧气；将电弧枪移至海绵钛上方5mm处，以20A的电流引弧；④引弧后熔炼电流逐渐增至250A～300A，将合金元素熔至液态后停留120s～180s，关闭电流电弧；待铸锭在水冷铜模上冷却后利用机械臂翻转铸锭，以相同方法再次熔炼铸锭，该步骤重复7次；第3次到第7次熔炼过程中开启电磁搅拌器以保证合金均匀性，电磁搅拌电流保持在3～5A；熔炼完成后得到铝钴铬铁镍硅高熵合金；⑤取样铸锭随炉冷却至25℃，开启放气阀充入空气，待内外气压平衡后开启炉门取出铸锭；(4)清理、清洗高熵合金铸锭将铝钴铬铁镍硅高熵合金铸锭置于钢质平板上，用400目砂纸打磨正反表面及周边，使表面光洁；然后用无水乙醇清洗各部，使其洁净；(5)真空干燥高熵合金铸锭将铝钴铬铁镍硅高熵合金铸锭置于真空干燥箱中，干燥温度100℃，真空度2Pa，干燥时间10min；(6)检测、分析、表征对制备的铝钴铬铁镍硅高熵合金铸锭的形貌、组织、力学性能进行检测、分析、表征：用X射线衍射仪进行晶体结构分析；用扫描电子显微镜进行微观形貌和化学元素分析；用微机控制电子万能试验机进行力学性能分析；结论：铝钴铬铁镍硅高熵合金为块状铸件，由面心立方和体心立方固溶体组成，硬度达237HV、抗压强度达1553MPa、屈服强度达457MPa、压缩应变达42％。