CN104646448A - AlxCoCrFeNi多基元合金丝材及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种AlxCoCrFeNi多基元合金丝材及制备方法，多基元合金的组分原子表达式为AlxCoCrFeNi，0≤x≤0.5。涉及合金的相结构以面心立方固溶体为主。本发明公开上述多基元合金丝材制备方法，步骤为真空悬浮熔炼、模锻、旋锻、热拉拔。本发明采用传统旋锻拉拔方法可制备一定直径的、长度任意的多基元合金丝材，生产成本低，产品性能稳定、质量高，使多基元合金丝材在工业领域的应用成为可能。
Description
技术领域
本发明属于金属材料制备领域，具体涉及一种热拉拔AlxCoCrFeNi多基元合金丝材及其制备方法。
背景技术
(1)多基元合金(Multiple-Basis-ElementAlloys，MBE alloys)是近年来发展的新型材料。通常，多基元合金被认为是由三种以上的合金元素按等原子比或近等原子比合金化，其高混合熵能促进无序多组元固溶体的形成，这种多组元固溶体各组元之间固溶度大，无法区分固溶体中的溶剂组元和溶质组元，称之为超级固溶体。研究表明，在相同的硬度水平下，多基元合金的耐磨性是传统耐磨钢的3.6倍；辐照肿胀率较传统Fe-15Cr-20Ni不锈钢降低95.8％；耐腐蚀性能优于304不锈钢；且在1000℃下12小时退火后随炉冷不会出现回火软化现象(Yong Zhang,Ting Ting Zuo,et al.；PROG MATER SCI,2014,61:1-93.)。
目前材料在极端工程环境下应用成为工业生产中的重要问题，如石油化工钻机设备零部件、发动机缸体、矿山机械关键部件、核工业材料等，且对材料的硬度、摩擦磨损、抗高温氧化以及抗腐蚀性能等提出更高要求。因此，多基元合金薄膜在这些领域具有潜在的应用前景。但采用传统电镀法制备的涂层难以适应现代机械高温、高速的工作要求，且内层存在微裂纹造成镀层表面剥落，沉积速度慢，镀铬工艺生产过程中废液废气严重污染环境。目前采用激光熔覆粉末(Qiu XW,Liu C G.JALLOY COMPD,2013,553:216-220.)或磁控溅射靶材(Dolique V,ThomannAL,et al.MATER CHEM PHYS,2009,117(1):142-147.)等方法制备多基元合金涂层效率低，成本昂贵，不适于重载场合及大规模工业应用。
针对多基元合金高硬度、高抗氧化性、高温稳定性、抗辐照、高耐磨耐蚀等优异性质，发明旋锻拉拔技术制备的高熵合金丝材，并应用于效率高，成本低，涂层厚度大，零件尺寸限制小，适宜现场大面积施工的环保电弧喷涂领域，突破常规电弧喷涂所用丝材的性能限制，得到更优异性能的多基元合金涂层，市场应用前景广阔。对于该种高性能及抗辐照材料的选择和应用，是未来相关工业重点发展的方向。所以，本发明的制备方法制成的AlxCoCrFeNi多基元合金丝材可适用于电弧喷涂原料。
发明内容
本发明内容针对目前电镀铬层难以适应现代机械高温、高速的工作要求，工艺生产过程严重污染环境等缺点，提出了一种适用于电弧喷涂的多基元合金丝材及其制备方法。
本发明技术方案是：
步骤1：先设计合金成分的原子百分比表达式为AlxCoCrFeNi，其中，0≤x≤0.5再将原子百分比换算成质量比，并用电子天平称取原料，所述各组元原料纯度大于99.9％，原料总重为2～6kg；
步骤2：将步骤1称取的原料加入真空磁悬浮熔炼炉中，反复熔炼4次，制备成2～6kg圆柱形合金锭；
步骤3：在1000～1200℃的温度范围内利用400kg空气锤对合金锭进行自由锻造，将其锻造成方坯，继续在1000～1200℃的温度范围内，利用锻造模具锻得直径为13～16mm的棒材；
步骤4：在900～1100℃的温度范围内将棒材进行热旋锻，每道次旋锻进给量为0.5mm～1mm，总热旋锻道次为15～30次，并在每道次后进行一次回火，最终旋锻线材尺寸为5mm～10mm；
步骤5：在900～1100℃的温度范围内将热旋锻线材进行热拉拔，每道次热拉拔尺寸为2％～10％，并在每道次后进行一次回火，总热拉拔道次为15～30道次，总变形量为70％～80％，最终制得直径为1mm～3mm多基元合金丝材。
本发明与现有技术相比所具有的优势在于：
(1)突破传统将多基元合金加工成块体的限制，成功制备出多基元合金丝材。
(2)旋拔工艺流程简单，大幅降低成本，使批量生产和实际应用成为可能。
(3)多基元合金丝材在加工过程中变形均匀，周向均匀压缩，不易在丝材表面产生裂纹，因此成品的质量优良，且不易扭曲。
具体实施方式
实施方式一：
先设计合金成分的原子百分比表达式为Al0.3CoCrFeNi，再将原子百分比换算成质量比，并用电子天平称取原料，所述为各组元原料纯度大于99.9％，原料总重为3kg。将称取的原料加入真空磁悬浮熔炼炉中，反复熔炼4次，制备成3kg圆柱形合金锭。在1150℃的温度范围内利用400kg空气锤对合金锭进行自由锻造，将其锻造成方坯，继续在1150℃的温度范围内，利用锻造模具锻得直径为15mm的棒材。在1000℃的温度范围内将棒材进行热旋锻，每道次旋锻进给量为0.5mm～1mm，总热旋锻道次为15～30次，并在每道次后进行一次回火，最终旋锻线材尺寸为6mm。在950℃的温度范围内将热旋锻线材进行热拉拔，每道次热拉拔尺寸为2％～10％，并在每道次后进行一次回火，总热拉拔道次为15～30道次，总变形量为70％～80％，最终制得直径为3.1mm多基元合金丝材。
实施方式二：
先设计合金成分的原子百分比表达式为Al0.3CoCrFeNi，再将原子百分比换算成质量比，并用电子天平称取原料，所述为各组元原料纯度大于99.9％，原料总重为3kg。将称取的原料加入真空磁悬浮熔炼炉中，反复熔炼4次，制备成3kg圆柱形合金锭。在1150℃的温度范围内利用400kg空气锤对合金锭进行自由锻造，将其锻造成方坯，继续在1150℃的温度范围内，利用锻造模具锻得直径为15mm的棒材。在1000℃的温度范围内将棒材进行热旋锻，每道次旋锻进给量为0.5mm～1mm，总热旋锻道次为15～30次，并在每道次后进行一次回火，最终旋锻线材尺寸为6mm。在950℃的温度范围内将热旋锻线材进行热拉拔，每道次热拉拔尺寸为2％～10％，并在每道次后进行一次回火，总热拉拔道次为15～30道次，总变形量为70％～80％，最终制得直径为1.6mm多基元合金丝材。
实施方式三：
先设计合金成分的原子百分比表达式为Al0.3CoCrFeNi，再将原子百分比换算成质量比，并用电子天平称取原料，所述为各组元原料纯度大于99.9％，原料总重为3kg。将称取的原料加入真空磁悬浮熔炼炉中，反复熔炼4次，制备成3kg圆柱形合金锭。在1150℃的温度范围内利用400kg空气锤对合金锭进行自由锻造，将其锻造成方坯，继续在1150℃的温度范围内，利用锻造模具锻得直径为15mm的棒材。在1000℃的温度范围内将棒材进行热旋锻，每道次旋锻进给量为0.5mm～1mm，总热旋锻道次为15～30次，并在每道次后进行一次回火，最终旋锻线材尺寸为6mm。在950℃的温度范围内将热旋锻线材进行热拉拔，每道次热拉拔尺寸为2％～10％，并在每道次后进行一次回火，总热拉拔道次为15～30道次，总变形量为70％～80％，最终制得直径为1.0mm多基元合金丝材。
综上综上所述，本发明多基元合金丝材及制备方法简单易行，综合性能好，适用于大规模工业生产。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都涵盖在本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种AlxCoCrFeNi多基元合金丝材，其特征在于，该合金成分的原子百分比表达式为AlxCoCrFeNi，0≤x≤0.5l微观相结构以面心立方固溶体为主。
2.根据权利要求书1所述AlxCoCrFeNi多基元合金丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤实施：
步骤1、配料：先设计合金成分的原子百分比表达式为AlxCoCrFeNi，其中，0≤x≤0.5；再将原子百分比换算成质量比，并用电子天平称取原料，所述各组元原料纯度大于99.9％，原料总重为2～6kg；
步骤2、熔炼：将步骤1称取的原料加入真空悬浮熔炼炉中，反复熔炼4次，制备成2～6kg圆柱形合金锭；
步骤3、锻造：在1000～1200℃的温度范围内利用400kg空气锤对合金锭进行自由锻造，将其锻造成方坯，继续在1000～1200℃的温度范围内，利用锻造模具锻得直径为13～16mm的棒材；
步骤4、旋锻：在900～1100℃的温度范围内将棒材进行热旋锻，每道次旋锻进给量为0.5mm～1mm，总热旋锻道次为15～30次，并在每道次后进行一次回火，最终旋锻线材尺寸为5mm～10mm；
步骤5、热拉拔：在900～1100℃的温度范围内将热旋锻线材进行热拉拔，每道次热拉拔尺寸为2％～10％，并在每道次后进行一次回火，总热拉拔道次为15～30道次，总变形量为70％～80％，最终制得直径为1mm～3mm多基元合金丝。
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