CN107675061A - 一种含碳的Fe‑Co‑Cr‑Ni高熵合金及其制备工艺 - Google Patents

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安琪
蔡安辉
刘咏
丁超义
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting

Abstract

本发明属于新材料领域，公开了一种含碳的Fe‑Co‑Cr‑Ni高熵合金及其制备工艺。该高熵合金是将纯度为99.99wt%的Fe、纯度为99.99wt%的Co、纯度为99.99wt%的Cr、纯度为99.99wt%的Ni和纯度为99.99wt%的含6wt%碳的铁碳合金通过真空熔炼法进行熔炼，然后通过真空吸铸法制备成厚度为2mm、宽度为10mm、长度为60mm的高熵合金试样。该高熵合金的成分为FeCoCrNiC0.2，为面心立方结构，拉伸屈服强度为368.5MPa，拉伸断裂强度为695.2MPa，断裂伸长率为82.2%，断面收缩率为66.5%，硬度为170.4HRC，腐蚀电位为‑0.018~0.409V，腐蚀电流密度为4.6×10‑5~3.1×10‑4A/cm2。

Description

一种含碳的Fe-Co-Cr-Ni高熵合金及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种含碳的Fe-Co-Cr-Ni高熵合金及其制备工艺。
背景技术
高熵合金具有硬度高和塑性好、耐磨耐腐蚀性好、耐热性和回火抗性好以及加工硬化等特性，是一种极具工程应用前景的合金。面心立方固溶体型高熵合金虽然具有良好的塑性和韧性，但其强度和硬度还有待于进一步提高，微合金化是一种有效提高合金材料性能的方法。本发明采用微量碳添加提高面心立方固溶体型髙熵合金的性能，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含碳的Fe-Co-Cr-Ni高熵合金及其制备工艺。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种含碳的Fe-Co-Cr-Ni高熵合金，其特征在于：该髙熵合金的成分采用Fe、Co、Cr和Ni等元素为等原子比，碳的添加量为0.2at%并以纯度为99.99wt%的含6wt%碳的铁碳合金添加；一种含碳的Fe-Co-Cr-Ni高熵合金的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤:将配好的纯度为99.99wt%的Fe、Co、Cr、Ni和铁碳合金等原材料放入电弧炉的坩埚中，抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度为99.999wt%的氩气使真空腔的压力达到-40Pa，然后熔炼Ti进行吸氧；
在4A电流下熔炼合金6次，每次熔炼2分钟，待真空室冷却后将母合金取出，将坩埚用酒精清洗干净，用砂纸将母合金表面清理干净并用酒精加超声波进行清洗；
将母合金放入电弧炉的坩埚中，并安装好内孔尺寸为2×10×100mm的水冷铜模；
将真空腔抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度99.999wt%的氩气使真空腔的压力达到-60Pa，然后熔炼Ti进行吸气，并对母合金进行熔炼并吸铸，即可获得尺寸为2×10×60mm的合金试样。
本发明制成的产品分别用X射线衍射仪（XRD）检测材料的晶态结构、万能试验机测试力学性能、洛氏硬度计测量硬度、电化学工作站测量腐蚀性能。
本发明的髙熵合金的化学成分为FeCoCrNiC0.2，具有面心立方结构，其拉伸屈服强度为368.5MPa，拉伸断裂强度为695.2MPa，断裂伸长率为82.2%，断面收缩率为66.5%，硬度为170.4HRC，腐蚀电位为-0.018~0.409V，腐蚀电流密度为4.6×10-5~3.1×10-4A/cm2。
具体实施方式
下面根据具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
用分析天平称取铁8.6612g、钴9.3945g、铬8.2887g、镍9.3557g和铁碳合金0.2567g，放入电弧炉的坩埚中，抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度为99.999wt%的氩气使真空腔的压力达到-40Pa，然后熔炼Ti进行吸氧；在4A电流下熔炼合金6次，每次熔炼2分钟，待真空室冷却后将母合金取出，将坩埚用酒精清洗干净，用砂纸将母合金表面清理干净并用酒精加超声波进行清洗；将母合金放入电弧炉的坩埚中，并安装好内孔尺寸为2×10×100mm的水冷铜模；将真空腔抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度99.999wt%的氩气使真空腔的压力达到-60Pa，然后熔炼Ti进行吸气，并对母合金进行熔炼并吸铸，即可获得尺寸为2×10×60mm的合金试样。该合金为完全的面心立方结构，其拉伸屈服强度为368.5MPa，拉伸断裂强度为695.2MPa，断裂伸长率为82.2%，断面收缩率为66.5%，硬度为170.4HRC，在1%HCl溶液中的腐蚀电位为0.409V，腐蚀电流密度为4.6×10-5A/cm2。
实施例2
用分析天平称取铁8.6612g、钴9.3945g、铬8.2887g、镍9.3557g和铁碳合金0.2567g，放入电弧炉的坩埚中，抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度为99.999wt%的氩气使真空腔的压力达到-40Pa，然后熔炼Ti进行吸氧；在4A电流下熔炼合金6次，每次熔炼2分钟，待真空室冷却后将母合金取出，将坩埚用酒精清洗干净，用砂纸将母合金表面清理干净并用酒精加超声波进行清洗；将母合金放入电弧炉的坩埚中，并安装好内孔尺寸为2×10×100mm的水冷铜模；将真空腔抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度99.999wt%的氩气使真空腔的压力达到-60Pa，然后熔炼Ti进行吸气，并对母合金进行熔炼并吸铸，即可获得尺寸为2×10×60mm的合金试样。该合金为完全的面心立方结构，其拉伸屈服强度为368.5MPa，拉伸断裂强度为695.2MPa，断裂伸长率为82.2%，断面收缩率为66.5%，硬度为170.4HRC，在1.5%HCl溶液中的腐蚀电位为0.110V，腐蚀电流密度为2.3×10-4A/cm2。
实施例3
用分析天平称取铁8.6612g、钴9.3945g、铬8.2887g、镍9.3557g和铁碳合金0.2567g，放入电弧炉的坩埚中，抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度为99.999wt%的氩气使真空腔的压力达到-40Pa，然后熔炼Ti进行吸氧；在4A电流下熔炼合金6次，每次熔炼2分钟，待真空室冷却后将母合金取出，将坩埚用酒精清洗干净，用砂纸将母合金表面清理干净并用酒精加超声波进行清洗；将母合金放入电弧炉的坩埚中，并安装好内孔尺寸为2×10×100mm的水冷铜模；将真空腔抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度99.999wt%的氩气使真空腔的压力达到-60Pa，然后熔炼Ti进行吸气，并对母合金进行熔炼并吸铸，即可获得尺寸为2×10×60mm的合金试样。该合金为完全的面心立方结构，其拉伸屈服强度为368.5MPa，拉伸断裂强度为695.2MPa，断裂伸长率为82.2%，断面收缩率为66.5%，硬度为170.4HRC，在2%HCl溶液中的腐蚀电位为-0.018V，腐蚀电流密度为3.1×10-4A/cm2。

Claims (2)

1.一种含碳的Fe-Co-Cr-Ni高熵合金，其特征在于：该高熵合金的成分为FeCoCrNiC0.2，为面心立方结构，碳以纯度为99.99wt%的含6wt%碳的铁碳合金添加；包括如下制备步骤:
将配好的纯度为99.99wt%的Fe、Co、Cr、Ni和铁碳合金等原材料放入电弧炉的坩埚 中，抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度为99.999wt%的氩气使真空腔的压力达到-40Pa，然后 熔炼Ti进行吸氧；
在4A电流下熔炼合金6次，每次熔炼2分钟，待真空室冷却后将母合金取出，将坩埚用 酒精清洗干净，用砂纸将母合金表面清理干净并用酒精加超声波进行清洗；
将母合金放入电弧炉的坩埚中，并安装好内孔尺寸为2×10×100mm的水冷铜模；
将真空腔抽真空到1×10-4Pa后再充入纯度99.999wt%的氩气使真空腔的压力达到- 60Pa，然后熔炼Ti进行吸气，并对母合金进行熔炼并吸铸，即可获得尺寸为2×10×60mm的 合金试样。
2.如权利要求1所述的一种含碳的Fe-Co-Cr-Ni高熵合金，其特征在于：该高熵合金的拉伸屈服强度为368.5MPa，拉伸断裂强度为695.2MPa，断裂伸长率为82.2%，断面收缩率为66.5%，硬度为170.4HRC，腐蚀电位为-0.018~0.409V，腐蚀电流密度为4.6×10-5~3.1×10- 4A/cm2。
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