CN110423931B - 一种电子束熔炼均质化制备Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的方法 - Google Patents

一种电子束熔炼均质化制备Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电子束熔炼均质化制备Ti‑Zr‑Hf‑Nb‑Ta难熔高熵合金的方法，具有如下步骤：称取Ti‑Zr‑Hf‑Nb‑Ta难熔高熵合金的各原料：Ti、Zr、Hf、Nb和Ta；对称取得到的各原料进行清洗，备用；将清洗干净后的各原料置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中；对电子束熔炼炉进行真空预抽，之后，对电子束熔炼炉进行抽高真空，达到高真空标准；对水冷铜坩埚中的原料进行电子束熔炼，之后，瞬时降束，快速凝固，得到冷却至室温的样品；对冷却至室温的样品在水冷铜坩埚中进行翻面重熔，之后，瞬时降束，快速凝固，得到Ti‑Zr‑Hf‑Nb‑Ta难熔高熵合金。本发明可以得到成分均质的Ti‑Zr‑Hf‑Nb‑Ta难熔高熵合金，且铸锭无缩孔，铸锭的均质部分极限尺寸较大。

Description

一种电子束熔炼均质化制备Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的 方法
技术领域
本发明涉及一种合金的制备方法，具体地说是一种电子束熔炼均质化制备Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的方法。
背景技术
难熔高熵合金是在高温结构金属开发过程中发展起来的新型高熵合金体系。其与其他高熵合金一样，具有在热力学上高混合熵效应，在结构上的晶格畸变效应及在性能上的鸡尾酒等效应。现有的研究表明，其具有高强度，高硬度，耐磨性好等优异性能。
当前的难熔高熵合金熔炼方法以真空电弧熔炼为主，然而由于难熔金属的高熔点，会导致工艺难度大，加热温度高，容易出现缩孔、极限尺寸小(<50mm)等问题。既使利用单质粉末烧结也无法制备此类合金。在申请号为CN201811183559.7的专利中，提及一种利用单质粉末机械球磨的方法制得了单相的NbZrTiTa难熔高熵合金，突破了机械合金化的难点。但是，其工艺时间长，需要准备单质粉末，综合成本较高。如果再涉及到Hf、Ta元素的添加，则成本会进一步提高。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种电子束熔炼均质化制备Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的方法。电子束熔炼技术在高真空的条件下利用高能量密度的电子束轰击母材使其完全融化，并使熔池在较高的温度下过热一定的时间，在凝固过程可以提供较高的冷却速率，从而实现对金属材料的高纯化，均质化制备。优势在于：在精炼过程中，其真空度一般低于1×10-1Pa，熔化方式为电子束撞击生热，难熔金属容易熔化。水冷铜坩埚不会带入杂质元素，并且可以使铸锭快速冷却，从而获得成分偏析小的铸锭。本方法基于电子束优异的精炼条件，从单质元素出发制备Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金，并快速凝固控制铸锭高的偏析。本发明采用的技术手段如下：
一种电子束熔炼均质化制备Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的方法，具有如下步骤：
S1、称取Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的各原料：Ti、Zr、Hf、Nb和Ta；
S2、对称取得到的各原料进行清洗，备用；
S3、将清洗干净后的各原料置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中；
S4、对电子束熔炼炉进行真空预抽，之后，对电子束熔炼炉进行抽高真空，达到高真空标准；
S5、对水冷铜坩埚中的原料进行电子束熔炼，之后，瞬时降束，快速凝固，得到冷却至室温的样品；
S6、对冷却至室温的样品在水冷铜坩埚中进行翻面重熔，之后，瞬时降束，快速凝固，得到Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金。
所述步骤S1中，Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的各原料按以下质量份称取：
Ti：104～108份
Zr：156～160份
Hf：303～307份
Nb：160～165份
Ta：309～315份；
Ti、Zr、Hf、Nb和Ta为片状或颗粒状。
所述步骤S3中，将清洗干净后的各原料置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中的顺序为：
从水冷铜坩埚底部至顶部依次放入Ti、Zr、Hf、Nb和Ta，并用Zr、Hf、Nb、Ta完全将Ti覆盖。上述原料放置顺序的目的是为了避免元素过烧而挥发。
所述步骤S4的具体步骤如下：
关闭电子束熔炼炉炉门进行真空预抽，当电子束熔炼炉的熔炼室真空度≤10Pa后，对电子束熔炼炉进行抽高真空，使得电子束熔炼炉的熔炼室真空度小于5×10-2Pa，电子枪体真空度小于5×10-3Pa，达到高真空标准。
所述步骤S5的具体步骤如下：
S51、达到高真空标准后，电子束熔炼炉的灯丝预热后开始电子束熔炼；
S52、以5～10mA/s缓慢增加束流至6kW，保持2min，同时控制电子束斑均匀的扫描水冷铜坩埚中原料表面对其进行充分地预热；预热过程中电子束斑均匀地扫描原料表面，目的是确保后续熔化过程中，不会出现局部过冷太大，导致瞬时凝固区域较大。
S53、以5～10mA/s缓慢增加束流至9kW，保持15min，同时控制电子束斑均匀的扫描水冷铜坩埚中充分预热的原料，对原料进行初步熔化得到熔融合金，熔化顺序为Ta-Nb-Hf-Zr-Ti；
S54、精炼：以5～10mA/s缓慢增加束流至15kW，保持10min，同时控制电子束斑均匀的扫描水冷铜坩埚中熔融合金，保证合金完全合金化，并保证合金液均质化；
S55、瞬时降束，快速凝固，得到冷却至室温的样品。
所述步骤S6的具体步骤如下：
S61、对冷却至室温的样品进行翻面，以5～10mA/s缓慢增加束流至15kW，保持15min，同时控制电子束斑均匀的扫描翻面后的样品表面；
S62、瞬时降束，快速凝固，得到Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金。
上述各“同时控制电子束斑均匀的扫描”指增加束流的过程和保持功率的过程均要控制电子束斑均匀的扫描。
所述步骤S52和步骤S53中，所述电子束斑大小设定值为5×5(设备参数)；
所述步骤S54中，所述电子束斑大小设定值为10×10(设备参数)。
所述电子束斑大小设定值为10×10(设备参数)。
所述步骤S2中，所述清洗指的是：对称取得到的各原料分别在酒精浸泡下，用超声清洗机清洗。
所述步骤S54中，所述电子束斑的扫描速度保证熔融合金表面完全为熔融态，无凝固区域，从而保证了铸锭的均匀性及精炼效果。
本发明可以得到成分均质的Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金，且铸锭无缩孔，铸锭的均质部分极限尺寸较大，同时铸锭的纯度也得到了有效的提高，有效控制了铸锭冶金质量和成分偏析。
基于上述理由本发明可在合金制备等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的具体实施方式中Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金各原料放置顺序示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种电子束熔炼均质化制备Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的方法，具有如下步骤：
一、原料准备
1.按以下质量称取Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的各原料
表1 原料配比
Figure BDA0002152151030000041
2.清洗
对称取得到的各原料分别在酒精浸泡下，用超声清洗机清洗；
3.加料
如图1所示，将清洗干净后的各原料置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中的顺序为：
从水冷铜坩埚底部至顶部依次放入Ti、Zr、Hf、Nb和Ta，并用Zr、Hf、Nb、Ta完全将Ti覆盖。
二、电子束熔炼
1.加料完毕后，关闭电子束熔炼炉炉门进行真空预抽，在熔炼室真空度≤10Pa后，抽高真空，熔炼室真空度小于5×10-2Pa，电子枪体真空度小于5×10-3Pa，达到高真空标准。
2.达到高真空标准后，电子束熔炼炉的灯丝预热后开始电子束熔炼；以5～10mA/s缓慢增加束流至6kW，保持2min，同时控制电子束斑均匀的扫描水冷铜坩埚中原料表面对其进行充分地预热；以5～10mA/s缓慢增加束流至9kW，保持15min，同时控制电子束斑均匀的扫描水冷铜坩埚中充分预热的原料，对原料进行初步熔化得到熔融合金，熔化顺序为Ta-Nb-Hf-Zr-Ti；精炼：以5～10mA/s缓慢增加束流至15kW，保持10min，同时控制电子束斑均匀的扫描水冷铜坩埚中熔融合金，保证合金完全合金化，并保证合金液均质化；以上过程中，除最后精炼过程电子束斑大小设定值为10×10(设备参数)外，其余过程电子束斑大小设定值为5×5。
3.瞬时降束，快速凝固，得到冷却至室温的样品。
4.对冷却至室温的样品进行翻面，以5～10mA/s缓慢增加束流至15kW，保持15min，同时控制电子束斑均匀的扫描翻面后的样品表面；瞬时降束，快速凝固，得到Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金。上述过程中，电子束斑大小设定值为10×10(设备参数)。最终铸锭(Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金)尺寸120mm，其均质部分极限尺寸为100mm。XRF检测得铸锭(Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金)最终成分见表2
表2 铸锭(Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金)成分(wt.％)
Figure BDA0002152151030000051
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种电子束熔炼均质化制备Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的方法，其特征在于：在高真空的条件下利用高能量密度的电子束轰击母材使其完全融化，并使熔池在较高的温度下过热一定的时间，在凝固过程可以提供较高的冷却速率；
具有如下步骤：
S1、称取Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的各原料：Ti、Zr、Hf、Nb和Ta；
S2、对称取得到的各原料进行清洗，备用；
S3、将清洗干净后的各原料置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中；
S4、对电子束熔炼炉进行真空预抽，之后，对电子束熔炼炉进行抽高真空，达到高真空标准；
S5、对水冷铜坩埚中的原料进行电子束熔炼，之后，瞬时降束，快速凝固，得到冷却至室温的样品；
S6、对冷却至室温的样品在水冷铜坩埚中进行翻面重熔，之后，瞬时降束，快速凝固，得到Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金；
所述步骤S1中，Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金的各原料按以下质量份称取：
Ti：104~108份
Zr：156~160份
Hf：303~307份
Nb：160~165份
Ta：309~315份；
Ti、Zr、Hf、Nb和Ta为片状或颗粒状；
所述步骤S3中，将清洗干净后的各原料置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中的顺序为：
从水冷铜坩埚底部至顶部依次放入Ti、Zr、Hf、Nb和Ta，并用Zr、Hf、Nb、Ta 完全将Ti覆盖；
所述步骤S5的具体步骤如下：
S51、达到高真空标准后，电子束熔炼炉的灯丝预热后开始电子束熔炼；
S52、以5～10mA/s缓慢增加束流至6kW，保持2min，同时控制电子束斑均匀的扫描水冷铜坩埚中原料表面对其进行充分地预热；
S53、以5～10mA/s缓慢增加束流至9kW，保持15min，同时控制电子束斑均匀的扫描水冷铜坩埚中充分预热的原料，对原料进行初步熔化得到熔融合金；
S54、精炼：以5～10mA/s缓慢增加束流至15kW， 保持10min，同时控制电子束斑均匀的扫描水冷铜坩埚中熔融合金；
S55、瞬时降束，快速凝固，得到冷却至室温的样品；
所述步骤S6的具体步骤如下：
S61、对冷却至室温的样品进行翻面，以5～10mA/s缓慢增加束流至15kW，保持15min，同时控制电子束斑均匀的扫描翻面后的样品表面；
S62、瞬时降束，快速凝固，得到Ti-Zr-Hf-Nb-Ta难熔高熵合金。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S4的具体步骤如下：
关闭电子束熔炼炉炉门进行真空预抽，当电子束熔炼炉的熔炼室真空度≤10Pa后，对电子束熔炼炉进行抽高真空，使得电子束熔炼炉的熔炼室真空度小于5×10-2Pa，电子枪体真空度小于5×10-3Pa，达到高真空标准。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S52和步骤S53中，所述电子束斑大小设定值为5×5；
所述步骤S54中，所述电子束斑大小设定值为10×10。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S6中，所述电子束斑大小设定值为10×10。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述清洗指的是：对称取得到的各原料分别在酒精浸泡下，用超声清洗机清洗。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S54中，所述电子束斑的扫描速度保证熔融合金表面完全为熔融态，无凝固区域。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111020288B (zh) * 2019-11-26 2021-06-01 沈阳航空航天大学 一种具有高耐腐蚀性的TaTiNb基多主元单相合金
CN111676408B (zh) * 2020-05-25 2022-04-12 北京理工大学 一种钨-含能高熵合金复合材料及其制备方法
CN113652595B (zh) * 2021-08-23 2022-10-04 太原理工大学 一种高强度高韧性TiZrHfNbTaWx难熔高熵合金及其制备方法
CN115386774B (zh) * 2021-09-30 2023-10-13 北京理工大学 一种兼具高强度和高均匀延伸率的难熔高熵合金及其制备方法
CN114855049B (zh) * 2022-04-11 2023-03-07 北京科技大学 一种TaNbHfZrTi系难熔高熵合金及其制备方法和应用
CN116607028B (zh) * 2023-07-11 2023-09-29 北京中辰至刚科技有限公司 难熔高熵合金的熔炼方法
CN116790924B (zh) * 2023-08-25 2023-11-17 北京理工大学 一种电子束熔炼重熔返回料制备难熔高熵合金的方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101342091B1 (ko) * 2011-11-16 2013-12-18 한국지질자원연구원 전자빔 드립 용해법을 이용한 고융점 금속의 초고순도 봉상형 잉곳의 제조방법
CN103290230B (zh) * 2013-04-10 2014-12-10 大连理工大学 一种电子束熔炼制备镍基高温合金的方法
CN103695659B (zh) * 2013-12-23 2016-01-27 大连理工大学 一种提高镍基高温合金纯净度的方法
KR101761009B1 (ko) * 2015-09-02 2017-07-24 한국과학기술원 단상의 다원계 고엔트로피 합금 및 이의 제조방법
CN107267842A (zh) * 2017-06-26 2017-10-20 北京理工大学 一种高熔点高熵合金及其制备方法
CN107574322B (zh) * 2017-08-29 2019-05-21 大连理工大学 一种电子束熔炼技术高纯化制备镍基高温合金的方法
CN109338200B (zh) * 2018-11-07 2021-05-04 北京科技大学 一种高温高阻尼高熵合金及其制备方法

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