CN107841673A - 一系列Fe‑Co‑Cr‑Ni‑Al高熵合金及其热处理工艺 - Google Patents

一系列Fe‑Co‑Cr‑Ni‑Al高熵合金及其热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于新材料领域，公开了一系列Fe‑Co‑Cr‑Ni‑Al高熵合金及其热处理工艺。该髙熵合金是将纯度为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Al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。该髙熵合金经过1100℃保温3h固溶处理后随炉冷却24h至室温的热处理。该髙熵合金的成分为(FeCoCrNi)100‑xAlx（x=0.1，0.2，0.5 at%），热处理前后的合金为简单面心立方结构，其屈服强度为252~346MPa，抗拉强度为518~654MPa，伸长率为42~65%，硬度为165.0~168.5HRC，腐蚀电位为0.041~0.118V，腐蚀电流密度为4.8×10‑5~2.1×10‑3A/cm2。

Description

一系列Fe-Co-Cr-Ni-Al高熵合金及其热处理工艺
技术领域
本发明涉及一系列Fe-Co-Cr-Ni-Al高熵合金及其热处理工艺。
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，热处理是一种有效提高合金材料性能的方法。本发明采用热处理改善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系列Fe-Co-Cr-Ni-Al高熵合金及其热处理工艺。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一系列Fe-Co-Cr-Ni-Al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，其成分为(FeCoCrNi)100-xAlx（x=0.1，0.2，0.5 at%）；一系列Fe-Co-Cr-Ni-Al高熵合金的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤:将配好的料放入电弧炉的水冷铜坩埚中，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；起弧熔炼Ti进行吸氧，然后在熔炼电流为5A的条件下熔炼高纯原材料6次，每次熔炼2分钟；待真空室冷却后将母合金取出，并将坩埚清洗干净，将母合金表面用砂纸打磨干净；将打磨干净的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；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-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。一系列Fe-Co-Cr-Ni-Al高熵合金的热处理工艺，其特征在于：包括如下热处理工艺:用低速金刚石切割机将2×10×60mm的铸态合金试样切割成2×10×30mm的合金试样，放入温度为1100℃、以100ml/min流速的氩气保护下的管式热处理炉中保温3小时，然后随炉冷却24h到室温。
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(FeCoCrNi)100-xAlx（x=0.1，0.2，0.5 at%），热处理前后的合金具有面心立方结构；其屈服强度为252~346MPa，抗拉强度为518~654MPa，伸长率为42~65%，硬度为165.0~168.5HRC，腐蚀电位为0.041~0.118V，腐蚀电流密度为4.8×10-5~2.1×10-3A/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9.9030g、钴10.4504g、铬9.2202g、镍10.4072g和铝0.0192g，放入电弧炉的水冷铜坩埚中，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；起弧熔炼Ti进行吸氧，然后在熔炼电流为5A的条件下熔炼高纯原材料6次，每次熔炼2分钟；待真空室冷却后将母合金取出，并将坩埚清洗干净，将母合金表面用砂纸打磨干净；将打磨干净的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；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-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。然后用低速金刚石切割机将2×10×60mm的铸态合金试样切割成2×10×30mm的合金试样，放入温度为1100℃、以100ml/min流速的氩气保护下的管式热处理炉中保温3小时，然后随炉冷却24h到室温。该合金为完全的面心立方结构，其屈服强度为290MPa，抗拉强度为518MPa，伸长率为42%，硬度为166.2HRC，腐蚀电位为0.065V，腐蚀电流密度为4.8×10- 5A/cm2。
实施例2
用分析天平称取铁9.8984g、钴10.4454g、铬9.2158g、镍10.4022g和铝0.0384g，放入电弧炉的水冷铜坩埚中，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；起弧熔炼Ti进行吸氧，然后在熔炼电流为5A的条件下熔炼高纯原材料6次，每次熔炼2分钟；待真空室冷却后将母合金取出，并将坩埚清洗干净，将母合金表面用砂纸打磨干净；将打磨干净的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；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-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。然后用低速金刚石切割机将2×10×60mm的铸态合金试样切割成2×10×30mm的合金试样，放入温度为1100℃、以100ml/min流速的氩气保护下的管式热处理炉中保温3小时，然后随炉冷却24h到室温。该合金为完全的面心立方结构，其屈服强度为346MPa，抗拉强度为654MPa，伸长率为65%，硬度为168.5HRC，腐蚀电位为0.118V，腐蚀电流密度为2.1×10- 4A/cm2。
实施例3
用分析天平称取铁9.8840g、钴10.4302g、铬9.2024g、镍10.3872g和铝0.0960g，放入电弧炉的水冷铜坩埚中，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；起弧熔炼Ti进行吸氧，然后在熔炼电流为5A的条件下熔炼高纯原材料6次，每次熔炼2分钟；待真空室冷却后将母合金取出，并将坩埚清洗干净，将母合金表面用砂纸打磨干净；将打磨干净的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；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-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。然后用低速金刚石切割机将2×10×60mm的铸态合金试样切割成2×10×30mm的合金试样，放入温度为1100℃、以100ml/min流速的氩气保护下的管式热处理炉中保温3小时，然后随炉冷却24h到室温。该合金为完全的面心立方结构，其屈服强度为252MPa，抗拉强度为554MPa，伸长率为43%，硬度为165.0HRC，腐蚀电位为0.041V，腐蚀电流密度为2.1×10- 3A/cm2。

Claims (3)

1.一系列Fe-Co-Cr-Ni-Al高熵合金，其特征在于：该髙熵合金的化学成分为(FeCoCrNi)100-xAlx（x=0.1，0.2，0.5 at%），Fe、Co、Cr和Ni为等原子比，该合金为简单面心立方结构；包括如下制备步骤:
将配好的料放入电弧炉的水冷铜坩埚中，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；
起弧熔炼Ti进行吸氧，然后在熔炼电流为5A的条件下熔炼高纯原材料6次，每次熔炼2 分钟；
待真空室冷却后将母合金取出，并将坩埚清洗干净，将母合金表面用砂纸打磨干净；
将打磨干净的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；
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-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所述的一系列Fe-Co-Cr-Ni-Al高熵合金，其特征在于：包括如下热处理工艺:用低速金刚石切割机将2×10×60mm的铸态合金试样切割成2×10×30mm的合金试样，放入温度为1100℃、以100ml/min流速的氩气保护下的管式热处理炉中保温3小时，然后随炉冷却24h到室温。
3.如权利要求2所述的一系列Fe-Co-Cr-Ni-Al高熵合金，其特征在于：合金为简单面心立方结构，其屈服强度为252~346MPa，抗拉强度为518~654MPa，伸长率为42~65%，硬度为165.0~168.5HRC，腐蚀电位为0.041~0.118V，腐蚀电流密度为4.8×10-5~2.1×10-3A/cm2。
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