CN107841673B - 一系列Fe-Co-Cr-Ni-Al高熵合金及其热处理工艺 - Google Patents
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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
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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"热处理对AlFeCrCoNiMo高熵合金微观组织与硬度的影响";班煜峰等;《锻压技术》;20170720;第42卷(第7期);第137页、第139页 |
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