CN113215466A - 一种AlFeNiCrMo高熵合金、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种AlFeNiCrMo高熵合金，高熵合金的表达式为AlaFebNicCrdMoe，表达式中a、b、c、d、e分别为对应各组元的原子比，满足条件：a为0.05～0.5，b为1.0～3.5，c为1.5～4.0，d为1.0～3.5，e为1.0～2.5。将按照设计比例称量的原料混合后进行压坯处理，最后将压坯经真空电弧熔炼工艺熔炼获得上述高熵合金试样。本发明通过去除钴和铜元素，有效解决了因钴和铜元素导致的辐照问题，同时本发明的高熵合金可以通过调整各组元的成分来获得优异的综合力学性能，从而获得兼具优异力学性能和抗辐照损伤性能的高熵合金，为核反应堆压力容器的设计和选材提供一种新思路。

Description

一种AlFeNiCrMo高熵合金、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及高熵合金技术领域，具体涉及一种AlFeNiCrMo高熵合金、制备方法及其应用，特别涉及一种核反应堆压力容器用AlFeNiCrMo高熵合金及其制备方法。
背景技术
反应堆压力容器(RPV)作为核电站全寿期内唯一不可更换的大型关键设备，长期在高温、高压、强辐照环境下运行，其服役能力直接决定了整个核电站的安全性和服役寿命。目前，反应堆压力容器材料主要选用铁素体钢，但这类材料具有冷脆特征，同时在辐照和高温环境下，材料易发生沉淀溶质析出(富Cu团簇)、基质损伤、晶界偏析(如P元素)，最终导致材料发生脆性断裂。因此，亟需开发新型反应堆压力容器用材料，以有效解决目前反应堆压力容器用铁素体钢的低温脆性、辐照脆化难题，提高核动力堆和核电压水堆的安全性和经济性。
高熵合金作为一种新型的多主元合金，具有高强韧性、高热稳定性、耐腐蚀、抗辐照脆化等优异性能，尤其是高熵合金优异的抗辐照损伤性能，能够有效解决传统核反应堆压力容器用钢的辐照脆性难题，展现出了成为新一代核材料的巨大潜力。
从目前公开报导资料来看，目前常规的高熵合金基本都含有Cu或Co元素，而Cu元素是导致现役核反应堆压力容器用钢辐照脆化的重要元素，Co元素则易导致辐照活化。因此，开发核反应堆压力容器用新型无钴无铜高熵合金，对提高核电站的安全运行具有重要意义。
发明内容
基于上述技术背景，本发明提供了一种AlFeNiCrMo高熵合金、制备方法及其应用，通过去除钴和铜元素，有效解决了因钴和铜元素导致的辐照问题，同时本发明通过调整各组元的成分来获得优异的综合力学性能，从而获得兼具优异力学性能和抗辐照损伤性能的AlFeNiCrMo高熵合金，为核反应堆压力容器的设计和选材提供一种新思路。
本发明通过下述技术方案实现：
一种AlFeNiCrMo高熵合金，AlFeNiCrMo高熵合金的表达式为AlaFebNicCrdMoe，表达式中a、b、c、d、e分别为对应各组元的原子比，且满足以下条件：a为0.05～0.5，b为1.0～3.5， c为1.5～4.0，d为1.0～3.5，e为1.0～2.5。
进一步优选，所述表达式中a、b、c、d、e满足以下条件：a为0.05～0.25，b为1.0～2.0， c为2.5～4.0，d为1.0～2.0，e为0.5～1.5。
进一步优选，所述表达式中a、b、c、d、e满足以下条件：a为0.26～0.5，b为2.1～3.5，c为2.0～4.0，d为2.1～3.5，e为1.6～2.5。
一种AlFeNiCrMo高熵合金的制备方法，用于制备上述任意一种AlFeNiCrMo高熵合金，将按照设计比例称量的原料混合后进行压坯处理，最后将压坯经真空电弧熔炼工艺熔炼获得 AlFeNiCrMo高熵合金试样。
进一步优选，含Al元素的原料为Al、AlFe合金、AlNi合金、AlCr合金中的至少一种；
含Fe元素的原料为Fe、AlFe合金、FeNi合金、FeMo合金中的至少一种；
含Ni元素的原料为Ni、AlNi合金、FeNi合金、NiCr合金中的至少一种；
含Cr元素的原料为Cr、NiCr合金、AlCr合金中的至少一种；
含Mo元素的原料为Mo、FeMo合金中的至少一种。
进一步优选，所述原料混合采用机械球磨工艺，工艺参数为：转速为250r/min～350r/min，球磨时间为5h～15h，球料比为5:1～15:1。
进一步优选，述机械球磨工艺中，球磨抑制剂为无水乙醇、硬脂酸锌、硬脂酸中的一种。
进一步优选，所述真空电弧熔炼工艺包括以下步骤：
步骤A，将压制成型的压坯放置于真空电弧熔炼炉内的铜坩埚内，在其中另一个铜坩埚内放置纯金属钛块；打开机械泵预抽真空至6×10-2Pa，然后开启分子泵抽真空至3×10-3Pa，向炉内通入高纯氩气使炉腔内的压强至1.013×105Pa，重复多次，如重复2～3次，使炉腔内的氧含量尽量低；
步骤B，通过真空电弧熔炼对预先放置在炉腔铜坩埚内的纯钛块熔炼多次，如至少3次，以防止熔炼过程中高熵合金被氧化，且此处不局限与纯钛块，可实现“防止熔炼过程中高熵合金被氧化”功能的其他可替代钛的材料也可用于本发明；
步骤C，然后对放置在铜坩埚内的压坯进行熔炼，每熔炼完一次，操纵机械手将试样翻转一面，再次进行熔炼，如此反复熔炼多次以确保合金成分均匀，如反复熔炼5～8次，熔炼结束后冷却至室温得到AlFeNiCrMo高熵合金试样。
进一步优选，所述真空电弧熔炼工艺中，电弧熔炼的电流为250A～350A，熔炼时间≥ 3min，并开启电磁搅拌。
一种AlFeNiCrMo高熵合金的应用，AlFeNiCrMo高熵合金为上述的一种AlFeNiCrMo高熵合金，或者为上述的一种AlFeNiCrMo高熵合金的制备方法制备的AlFeNiCrMo高熵合金，用于制备核反应堆压力容器。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明去除钴和铜元素，有效解决了因钴和铜元素导致的反应堆服役环境下感生放射性和辐照脆化问题；因为去除了价格昂贵的金属钴，大大降低了生产成本，有利于工业化生产；
2、本发明通过调控各元素含量，来获得优异的综合力学性能，满足反应堆压力容器设计指标；尤其是通过对Al元素含量进行调控，可得到单相FCC结构的高熵合金，有利于避免铁素体钢(BCC相)存在的低温冷脆的问题，有利于提高材料的塑性，改善材料的辐照性能。本发明AlFeNiCrMo高熵合金Cr、Ni含量合适，合金具有较好的耐蚀性；本发明AlFeNiCrMo 高熵合金加入Ni元素，有利于FCC固溶体生成；
3、本发明高熵合金方便通过制备工艺参数调整来控制晶粒尺寸，进而优化合金的机械性能；本发明操作工艺简单，有利于工业化生产。
综上所述，本发明的AlFeNiCrMo高熵合金各组分原子百分比含量均大于5，符合当前高熵合金的设计理念；本发明通过去除钴和铜元素，有效解决在辐照环境下因铜和钴元素导致的辐照脆化和感生放射性等问题，并通过成分调控以获得核反应堆压力容器所需的力学性能，设计出一种兼具优异力学性能和抗辐照损伤性能的AlFeNiCrMo高熵合金，填补国内反应堆压力容器用先进高熵合金研发的空白，为核反应堆压力容器的设计和选材提供一种新思路和方法。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种AlFeNiCrMo高熵合金，具体制备步骤如下所示：
步骤(1)配料-混料-压制成型
以Al粉、Fe粉、Ni粉、Cr粉和Mo粉为原料，按照表达式为AlaFebNicCrdMoe中，Al、 Fe、Ni、Cr和Mo各组元的原子比为a＝0.05、b＝2.5、c＝4.0、d＝1.0和e＝1.5进行配料并称量各组元；然后将各原料粉末放置在高能球磨机内进行机械球磨，球磨转速为300r/min，球磨时间为10h，球料比为10:1，球磨抑制剂为无水乙醇。机械球磨结束后将混合粉末在液压机上压制成圆柱体压坯，真空封装后待用。
步骤(2)熔炼
将步骤(1)压制成型的圆柱体压坯放置于真空电弧熔炼炉内的铜坩埚内，在其中另一个铜坩埚内放置纯金属钛块。打开机械泵预抽真空至6×10-2Pa，然后开启分子泵抽真空至约3 ×10-3Pa，向炉内通入高纯氩气使炉腔内的压强至1.013×105Pa，重复上述步骤2～3次，使炉腔内的氧含量尽量低。通过真空电弧熔炼对预先放置在炉腔铜坩埚内的纯钛块熔炼至少3次，以防止熔炼过程中高熵合金被氧化；然后对放置在铜坩埚内的圆柱体压坯块体进行熔炼，熔炼电流为250A，熔炼时间为3min，待合金熔化后开启电磁搅拌；每熔炼完一次，操纵机械手将试样翻转一面，再次进行熔炼，如此反复熔炼5～8次以确保合金成分均匀，熔炼结束后冷却至室温即得到AlFeNiCrMo高熵合金试样。
实施例2
本实施例提供了一种AlFeNiCrMo高熵合金，具体制备步骤如下所示：
步骤(1)配料-混料-压制成型
以Al粉、Fe粉、Ni粉、Cr粉和Mo粉为原料，按照表达式为AlaFebNicCrdMoe中，Al、Fe、Ni、Cr和Mo各组元的原子比为a＝0.1、b＝1.5、c＝2.5、d＝1.5和e＝1.0进行配料并称量各组元；然后将各原料粉末放置在高能球磨机内进行机械球磨，球磨转速为350r/min，球磨时间为5h，球料比为5:1，球磨抑制剂为无水乙醇。机械球磨结束后将混合粉末在液压机上压制成圆柱体压坯，真空封装后待用。
步骤(2)电弧熔炼
将步骤(1)压制成型的圆柱体压坯放置于真空电弧熔炼炉内的铜坩埚内，在其中另一个铜坩埚内放置纯金属钛块。打开机械泵预抽真空至6×10-2Pa，然后开启分子泵抽真空至约3 ×10-3Pa，向炉内通入高纯氩气使炉腔内的压强至1.013×105Pa，重复上述步骤2～3次，使炉腔内的氧含量尽量低。通过真空电弧熔炼对预先放置在炉腔铜坩埚内的纯钛块熔炼至少3次，以防止熔炼过程中高熵合金被氧化；然后对放置在铜坩埚内的圆柱体压坯块体进行熔炼，熔炼电流为300A，熔炼时间为6min，待合金熔化后开启电磁搅拌；每熔炼完一次，操纵机械手将试样翻转一面，再次进行熔炼，如此反复熔炼5～8次以确保合金成分均匀，熔炼结束后冷却至室温即得到AlFeNiCrMo高熵合金试样。
实施例3
本实施例提供了一种AlFeNiCrMo高熵合金，具体制备步骤如下所示：
步骤(1)配料-混料-压制成型
以Al粉、Fe粉、Ni粉、Cr粉和Mo粉为原料，按照表达式为AlaFebNicCrdMoe中，Al、 Fe、Ni、Cr和Mo各组元的原子比为a＝0.15、b＝1.0、c＝2.5、d＝1.0和e＝1.0进行配料并称量各组元；然后将各原料粉末放置在高能球磨机内进行机械球磨，球磨转速为250r/min，球磨时间为15h，球料比为15:1，球磨抑制剂为硬质酸锌。机械球磨结束后将混合粉末在液压机上压制成圆柱体压坯，真空封装后待用。
步骤(2)电弧熔炼
将步骤(1)压制成型的圆柱体压坯放置于真空电弧熔炼炉内的铜坩埚内，在其中另一个铜坩埚内放置纯金属钛块。打开机械泵预抽真空至6×10-2Pa，然后开启分子泵抽真空至约3 ×10-3Pa，向炉内通入高纯氩气使炉腔内的压强至1.013×105Pa，重复上述步骤2～3次，使炉腔内的氧含量尽量低。通过真空电弧熔炼对预先放置在炉腔铜坩埚内的纯钛块熔炼至少3次，以防止熔炼过程中高熵合金被氧化；然后对放置在铜坩埚内的圆柱体压坯块体进行熔炼，熔炼电流为330A，熔炼时间为4min，待合金熔化后开启电磁搅拌；每熔炼完一次，操纵机械手将试样翻转一面，再次进行熔炼，如此反复熔炼5～8次以确保合金成分均匀，熔炼结束后冷却至室温即得到AlFeNiCrMo高熵合金试样。该高熵合金具有优异的力学性能，其压缩强度高达4.19GPa。
实施例4
本实施例提供了一种AlFeNiCrMo高熵合金，具体制备步骤如下所示：
步骤(1)配料-混料-压制成型
以AlCr合金粉末、Fe粉、Ni粉、Cr粉和Mo粉为原料，按照表达式为AlaFebNicCrdMoe中，Al、Fe、Ni、Cr和Mo各组元的原子比为a＝0.25、b＝1.0、c＝3.0、d＝2.0和e＝2.5进行配料并称量各组元；然后将各原料粉末放置在高能球磨机内进行机械球磨，球磨转速为300r/min，球磨时间为10h，球料比为10:1，球磨抑制剂为硬质酸锌。机械球磨结束后将混合粉末在液压机上压制成圆柱体压坯，真空封装后待用。
步骤(2)电弧熔炼
将步骤(1)压制成型的圆柱体压坯放置于真空电弧熔炼炉内的铜坩埚内，在其中另一个铜坩埚内放置纯金属钛块。打开机械泵预抽真空至6×10-2Pa，然后开启分子泵抽真空至约3 ×10-3Pa，向炉内通入高纯氩气使炉腔内的压强至1.013×105Pa，重复上述步骤2～3次，使炉腔内的氧含量尽量低。通过真空电弧熔炼对预先放置在炉腔铜坩埚内的纯钛块熔炼至少3次，以防止熔炼过程中高熵合金被氧化；然后对放置在铜坩埚内的圆柱体压坯块体进行熔炼，熔炼电流为320A，熔炼时间为5min，待合金熔化后开启电磁搅拌；每熔炼完一次，操纵机械手将试样翻转一面，再次进行熔炼，如此反复熔炼5～8次以确保合金成分均匀，熔炼结束后冷却至室温即得到AlFeNiCrMo高熵合金试样。
实施例5
本实施例提供了一种AlFeNiCrMo高熵合金，具体制备步骤如下所示：
步骤(1)配料-混料-压制成型
以Al粉、Fe粉、Ni粉、Cr粉和FeMo合金粉末为原料，按照表达式为AlaFebNicCrdMoe中，Al、Fe、Ni、Cr和Mo各组元的原子比为a＝0.4、b＝3.5、c＝1.5、d＝3.5和e＝2.5进行配料并称量各组元；然后将各原料粉末放置在高能球磨机内进行机械球磨，球磨转速为300r/min，球磨时间为12h，球料比为8:1，球磨抑制剂为无水乙醇。机械球磨结束后将混合粉末在液压机上压制成圆柱体压坯，真空封装后待用。
步骤(2)熔炼
将步骤(1)压制成型的圆柱体压坯放置于真空电弧熔炼炉内的铜坩埚内，在其中另一个铜坩埚内放置纯金属钛块。打开机械泵预抽真空至6×10-2Pa，然后开启分子泵抽真空至约3 ×10-3Pa，向炉内通入高纯氩气使炉腔内的压强至1.013×105Pa，重复上述步骤2～3次，使炉腔内的氧含量尽量低。通过真空电弧熔炼对预先放置在炉腔铜坩埚内的纯钛块熔炼至少3次，以防止熔炼过程中高熵合金被氧化；然后对放置在铜坩埚内的圆柱形压坯块体进行熔炼，熔炼电流为280A，熔炼时间为4min，待合金熔化后开启电磁搅拌；每熔炼完一次，操纵机械手将试样翻转一面，再次进行熔炼，如此反复熔炼5～8次以确保合金成分均匀，熔炼结束后冷却至室温即得到AlFeNiCrMo高熵合金试样。
实施例6
本实施例提供了一种AlFeNiCrMo高熵合金，具体制备步骤如下所示：
步骤(1)配料-混料-压制成型
以Al粉、Fe粉、Ni粉、Cr粉和Mo粉为原料，按照表达式为AlaFebNicCrdMoe中，Al、 Fe、Ni、Cr和Mo各组元的原子比为a＝0.5、b＝1.5、c＝4.0、d＝2.5和e＝1.5进行配料并称量各组元；然后将各原料粉末放置在高能球磨机上进行机械球磨，球磨转速为300r/min，球磨时间为12h，球料比为8:1，球磨抑制剂为无水乙醇。机械球磨结束后将混合粉末在液压机上压制成圆柱体压坯，真空封装后待用。
步骤(2)熔炼
将步骤(1)压制成型的圆柱体压坯放置于真空电弧熔炼炉内的铜坩埚内，在其中另一个铜坩埚内放置纯金属钛块。打开机械泵预抽真空至6×10-2Pa，然后开启分子泵抽真空至约3 ×10-3Pa，向炉内通入高纯氩气使炉腔内的压强至1.013×105Pa，重复上述步骤2～3次，使炉腔内的氧含量尽量低。通过真空电弧熔炼对预先放置在炉腔铜坩埚内的纯钛块熔炼至少3次，以防止熔炼过程中高熵合金被氧化；然后对放置在铜坩埚内的圆柱体压坯块体进行熔炼，熔炼电流为250A，熔炼时间为5min，待合金熔化后开启电磁搅拌；每熔炼完一次，操纵机械手将试样翻转一面，再次进行熔炼，如此反复熔炼5～8次以确保合金成分均匀，熔炼结束后冷却至室温即得到AlFeNiCrMo高熵合金试样。
实施例7
本实施例提供了一种AlFeNiCrMo高熵合金，具体制备步骤如下所示：
步骤(1)配料-混料-压制成型
以Al粉、Fe粉、FeNi合金粉末、NiCr合金粉末和Mo合金粉末为原料，按照表达式为AlaFebNicCrdMoe中，Al、Fe、Ni、Cr和Mo各组元的原子比为a＝0.25、b＝2.0、c＝3.0、d＝2.5和e＝0.5进行配料并称量各组元；然后将各原料粉末放置在高能球磨机内进行机械球磨，球磨转速为300r/min，球磨时间为10h，球料比为10:1，球磨抑制剂为硬脂酸锌。机械球磨结束后将混合粉末在液压机上压制成圆柱体压坯，真空封装后待用。
步骤(2)电弧熔炼
将步骤(1)压制成型的圆柱体压坯放置于真空电弧熔炼炉内的铜坩埚内，在其中另一个铜坩埚内放置纯金属钛块。打开机械泵预抽真空至6×10-2Pa，然后开启分子泵抽真空至约3 ×10-3Pa，向炉内通入高纯氩气使炉腔内的压强至1.013×105Pa，重复上述步骤2～3次，使炉腔内的氧含量尽量低。通过真空电弧熔炼对预先放置在炉腔铜坩埚内的纯钛块熔炼至少3次，以防止熔炼过程中高熵合金被氧化；然后对放置在铜坩埚内的圆柱体压坯块体进行熔炼，熔炼电流为320A，熔炼时间为5min，待合金熔化后开启电磁搅拌；每熔炼完一次，操纵机械手将试样翻转一面，再次进行熔炼，如此反复熔炼5～8次以确保合金成分均匀，熔炼结束后冷却至室温即得到AlFeNiCrMo高熵合金试样。
实施例8
本实施例提供了一种AlFeNiCrMo高熵合金，具体制备步骤如下所示：
步骤(1)配料-混料-压制成型
以Al粉、FeMo合金粉末、Ni粉、AlCr合金粉末和Cr粉为原料，按照表达式为AlaFebNicCrdMoe中，Al、Fe、Ni、Cr和Mo各组元的原子比为a＝0.5、b＝1.5、c＝4.0、d＝2.5 和e＝1.5进行配料并称量各组元；然后将各原料粉末放置在高能球磨机内进行机械球磨，球磨转速为300r/min，球磨时间为10h，球料比为8:1，球磨抑制剂为无水乙醇。机械球磨结束后将混合粉末在液压机上压制成圆柱体压坯，真空封装后待用。
步骤(2)熔炼
将步骤(1)压制成型的圆柱体压坯放置于真空电弧熔炼炉内的铜坩埚内，在其中另一个铜坩埚内放置纯金属钛块。打开机械泵预抽真空至6×10-2Pa，然后开启分子泵抽真空至约3 ×10-3Pa，向炉内通入高纯氩气使炉腔内的压强至1.013×105Pa，重复上述步骤2～3次，使炉腔内的氧含量尽量低。通过真空电弧熔炼对预先放置在炉腔铜坩埚内的纯钛块熔炼至少3次，以防止熔炼过程中高熵合金被氧化；然后对放置在铜坩埚内的圆柱体压坯块体进行熔炼，熔炼电流为270A，熔炼时间为6min，待合金熔化后开启电磁搅拌；每熔炼完一次，操纵机械手将试样翻转一面，再次进行熔炼，如此反复熔炼5～8次以确保合金成分均匀，熔炼结束后冷却至室温即得到AlFeNiCrMo高熵合金试样。
对比例1
本实施例提供了一种AlCoFeNiCr高熵合金，具体制备步骤如下所示：
步骤(1)配料-混料-压制成型
以Al粉、Co粉、Fe粉、Ni粉、Cr粉为原料，按照表达式为AlaCobFecNidCre中，Al、 Fe、Ni、Cr和Mo各组元的原子比为a＝0.15、b＝1.5、c＝1.0、d＝2.5和e＝1.0进行配料并称量各组元；然后将各原料粉末放置在高能球磨机上进行机械球磨，球磨转速为300r/min，球磨时间为12h，球料比为8:1，球磨抑制剂为无水乙醇。机械球磨结束后将混合粉末在液压机上压制成圆柱体压坯，真空封装后待用。
步骤(2)熔炼
将步骤(1)压制成型的圆柱体压坯放置于真空电弧熔炼炉内的铜坩埚内，在其中另一个铜坩埚内放置纯金属钛块。打开机械泵预抽真空至6×10-2Pa，然后开启分子泵抽真空至约3 ×10-3Pa，向炉内通入高纯氩气使炉腔内的压强至1.013×105Pa，重复上述步骤2～3次，使炉腔内的氧含量尽量低。通过真空电弧熔炼对预先放置在炉腔铜坩埚内的纯钛块熔炼至少3次，以防止熔炼过程中高熵合金被氧化；然后对放置在铜坩埚内的圆柱体压坯块体进行熔炼，熔炼电流为250A，熔炼时间为5min，待合金熔化后开启电磁搅拌；每熔炼完一次，操纵机械手将试样翻转一面，再次进行熔炼，如此反复熔炼5～8次以确保合金成分均匀，熔炼结束后冷却至室温即得到AlCoFeNiCr高熵合金试样。对该合金拉伸试验和压缩性能测试，结果如表1所示。可见本发明制备的AlFeNiCrMo高熵合金拉伸强度和压缩性能远好于本对比例1 中的AlCoFeNiCr。同时，ASME《锅炉和压力容器规范》中对反应堆核用结构材料的Co含量做了严格控制，本对比例1AlCoFeNiCr中的Co限制了本材料在反应堆RPV的应用。
对比例2
本实施例提供了一种AlCoCrCuFeNi高熵合金，具体制备步骤如下所示：
步骤(1)配料-混料-压制成型
以Al粉、Fe粉、Ni粉、Cr粉、Cu粉、Co粉为原料，按照表达式为AlaCobCrcCudFeeNif中，各组元的原子比为a＝0.5、b＝1.0、c＝2.5、d＝1.0和e＝1.0进行配料并称量各组元；然后将各原料粉末放置在高能球磨机内进行机械球磨，球磨转速为250r/min，球磨时间为15h，球料比为15:1，球磨抑制剂为硬质酸锌。机械球磨结束后将混合粉末在液压机上压制成圆柱体压坯，真空封装后待用。
步骤(2)电弧熔炼
将步骤(1)压制成型的圆柱体压坯放置于真空电弧熔炼炉内的铜坩埚内，在其中另一个铜坩埚内放置纯金属钛块。打开机械泵预抽真空至6×10-2Pa，然后开启分子泵抽真空至约3 ×10-3Pa，向炉内通入高纯氩气使炉腔内的压强至1.013×105Pa，重复上述步骤2～3次，使炉腔内的氧含量尽量低。通过真空电弧熔炼对预先放置在炉腔铜坩埚内的纯钛块熔炼至少3次，以防止熔炼过程中高熵合金被氧化；然后对放置在铜坩埚内的圆柱体压坯块体进行熔炼，熔炼电流为330A，熔炼时间为4min，待合金熔化后开启电磁搅拌；每熔炼完一次，操纵机械手将试样翻转一面，再次进行熔炼，如此反复熔炼5～8次以确保合金成分均匀，熔炼结束后冷却至室温即得到AlCoCrCuFeNi高熵合金试样。对该合金拉伸试验和压缩性能测试，结果如表1所示。可见本发明制备的AlFeNiCrMo高熵合金拉伸强度与该对比例1相当，压缩性能远好于本对比例2中的AlCoCrCuFeNi。同时AlCoCrCuFeNi中的Co和Cu限制材料在反应堆RPV的应用。
对比例3
本实施例提供了一种AlFeNiCrMo高熵合金，具体制备步骤如下所示：
步骤(1)配料-混料-压制成型
以Al粉、Fe粉、Ni粉、Cr粉和Mo粉为原料，按照表达式为AlaFebNicCrdMoe中，Al、 Fe、Ni、Cr和Mo各组元的原子比为a＝1.0、b＝1.0、c＝2.5、d＝1.0和e＝1.0进行配料并称量各组元；然后将各原料粉末放置在高能球磨机内进行机械球磨，球磨转速为250r/min，球磨时间为15h，球料比为15:1，球磨抑制剂为硬质酸锌。机械球磨结束后将混合粉末在液压机上压制成圆柱体压坯，真空封装后待用。
步骤(2)电弧熔炼
将步骤(1)压制成型的圆柱体压坯放置于真空电弧熔炼炉内的铜坩埚内，在其中另一个铜坩埚内放置纯金属钛块。打开机械泵预抽真空至6×10-2Pa，然后开启分子泵抽真空至约3 ×10-3Pa，向炉内通入高纯氩气使炉腔内的压强至1.013×105Pa，重复上述步骤2～3次，使炉腔内的氧含量尽量低。通过真空电弧熔炼对预先放置在炉腔铜坩埚内的纯钛块熔炼至少3次，以防止熔炼过程中高熵合金被氧化；然后对放置在铜坩埚内的圆柱体压坯块体进行熔炼，熔炼电流为330A，熔炼时间为4min，待合金熔化后开启电磁搅拌；每熔炼完一次，操纵机械手将试样翻转一面，再次进行熔炼，如此反复熔炼5～8次以确保合金成分均匀，熔炼结束后冷却至室温即得到AlFeNiCrMo高熵合金试样。该高熵合金压缩强度高达2.27GPa，拉伸测试断裂强度仅为572Mpa，力学性能远不如本专利保护范围内的成分设计合金。
性能测试
1、性能测试方法及条件
采用美国FEI Inspect F50扫描电子显微镜(SEM)及电子背散射衍射仪(EBSD)对AlFeNiCrMo高熵合金的微观组织和拉伸试样断口进行表征观察；采用丹东浩元仪器有限公司生产的DX-2700型X射线衍射仪对AlFeNiCrMo高熵合金的物相组成进行分析，X射线衍射测试的条件为：Cu靶，Kα辐射源，λ＝0.15460nm，管电压为40KV，管电流为30mA，扫描速度为0.06°/s，扫描角度范围2θ＝30～100°，采样时间为1秒。
(2)拉伸性能和压缩性能：拉伸性能包括拉伸强度和延伸率
采用Instron-5967万能力学试验机测试AlFeNiCrMo高熵合金的压缩性能和拉伸性能，测试结果如表1所示。
2、性能测试结果
性能测试结果如表1所示。
表1实施例1-8制备的试样及对比例1-3制备的试样的性能测试结果
试样 抗拉强度 屈服强度 耐辐照 压缩强度
实施例1 655 15.2 2.78 655
实施例2 798 14.6 3.98 798
实施例3 815 13.3 4.19 815
实施例4 705 12.2 3.26 705
实施例5 786 14.8 3.87 786
实施例6 805 13.8 4.02 805
实施例7 686 12.6 3.12 686
实施例8 724 13.9 3.06 724
对比例1 748 14.1 3.54 748
对比例2 633 13.7 2.56 633
对比例3 572 14.4 2.27 572
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种AlFeNiCrMo高熵合金，其特征在于，AlFeNiCrMo高熵合金的表达式为AlaFebNicCrdMoe，表达式中a、b、c、d、e分别为对应各组元的原子比，且满足以下条件：a为0.05～0.5，b为1.0～3.5，c为1.5～4.0，d为1.0～3.5，e为1.0～2.5。
2.根据权利要求1所述的一种AlFeNiCrMo高熵合金，其特征在于，所述表达式中a、b、c、d、e满足以下条件：a为0.05～0.25，b为1.0～2.0，c为2.5～4.0，d为1.0～2.0，e为0.5～1.5。
3.根据权利要求1所述的一种AlFeNiCrMo高熵合金，其特征在于，所述表达式中a、b、c、d、e满足以下条件：a为0.26～0.5，b为2.1～3.5，c为2.0～4.0，d为2.1～3.5，e为1.6～2.5。
4.一种AlFeNiCrMo高熵合金的制备方法，用于制备权利要求1至3任一项所述的一种AlFeNiCrMo高熵合金，其特征在于，将按照设计比例称量的原料混合后进行压坯处理，最后将压坯经真空电弧熔炼工艺熔炼获得AlFeNiCrMo高熵合金试样。
5.根据权利要求1所述的一种AlFeNiCrMo高熵合金的制备方法，其特征在于，含Al元素的原料为Al、AlFe合金、AlNi合金、AlCr合金中的至少一种；
含Fe元素的原料为Fe、AlFe合金、FeNi合金、FeMo合金中的至少一种；
含Ni元素的原料为Ni、AlNi合金、FeNi合金、NiCr合金中的至少一种；
含Cr元素的原料为Cr、NiCr合金、AlCr合金中的至少一种；
含Mo元素的原料为Mo、FeMo合金中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种AlFeNiCrMo高熵合金的制备方法，其特征在于，所述原料混合采用机械球磨工艺，工艺参数为：转速为250r/min～350r/min，球磨时间为5h～15h，球料比为5:1～15:1。
7.根据权利要求6所述的一种AlFeNiCrMo高熵合金的制备方法，其特征在于，所述机械球磨工艺中，球磨抑制剂为无水乙醇、硬脂酸锌、硬脂酸中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种AlFeNiCrMo高熵合金的制备方法，其特征在于，所述真空电弧熔炼工艺包括以下步骤：
步骤A，将压制成型的压坯放置于真空电弧熔炼炉内的铜坩埚内，在其中另一个铜坩埚内放置纯金属钛块；打开机械泵预抽真空至6×10-2Pa，然后开启分子泵抽真空至3×10- 3Pa，向炉内通入高纯氩气使炉腔内的压强至1.013×105Pa，重复多次，使炉腔内的氧含量降低；
步骤B，通过真空电弧熔炼对预先放置在炉腔铜坩埚内的纯钛块熔炼多次；
步骤C，然后对放置在铜坩埚内的压坯进行熔炼，每熔炼完一次，操纵机械手将试样翻转一面，再次进行熔炼，如此反复熔炼多次，熔炼结束后冷却至室温得到AlFeNiCrMo高熵合金试样。
9.根据权利要求1所述的一种AlFeNiCrMo高熵合金的制备方法，其特征在于，所述真空电弧熔炼工艺中，电弧熔炼的电流为250A～350A，熔炼时间≥3min，并开启电磁搅拌。
10.一种AlFeNiCrMo高熵合金的应用，AlFeNiCrMo高熵合金为权利要求1至3任一项所述的一种AlFeNiCrMo高熵合金，或者为权利要求4至9任一项所述的一种AlFeNiCrMo高熵合金的制备方法制备的AlFeNiCrMo高熵合金，其特征在于，用于制备核反应堆压力容器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113564493A (zh) * 2021-08-10 2021-10-29 成都大学 一种高熵合金增强FeCrAl合金包壳材料及其制备工艺
CN114737101A (zh) * 2022-04-25 2022-07-12 东北电力大学 Cr12MoV冷作模具钢表面激光熔覆高熵合金粉末涂层的方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106435323A (zh) * 2016-08-23 2017-02-22 北京科技大学 一种氧化物弥散强化ods高熵合金及其制备方法
CN108149117A (zh) * 2017-11-22 2018-06-12 兰州理工大学 一种MoCrFeMnNi高熵合金及其制备方法
CN108220742A (zh) * 2018-03-14 2018-06-29 北京理工大学 一种微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta难熔高熵合金及其制备方法
CN109161780A (zh) * 2018-11-07 2019-01-08 安阳工学院 一种提高FeCrNiAl基高熵合金加工性能的方法
EP3488026A1 (en) * 2016-07-22 2019-05-29 Westinghouse Electric Company Llc Spray methods for coating nuclear fuel rods to add corrosion resistant barrier
CN109930052A (zh) * 2019-03-28 2019-06-25 昆明理工大学 一种安全核反应堆包壳高熵合金材料及其制备方法
CN111118378A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 西安西工大超晶科技发展有限责任公司 一种核用高熵合金及其制备方法
US20200303083A1 (en) * 2019-03-21 2020-09-24 Dalian University Of Technology Radiation resistant high-entropy alloy having fcc structure and preparation method thereof
CN111778438A (zh) * 2020-07-30 2020-10-16 东北大学 一种结构功能一体化的高熵合金及其制备方法
CN111945033A (zh) * 2020-07-30 2020-11-17 东北大学 一种中子毒物特性的高熵合金及其制备方法
CN112575327A (zh) * 2020-12-08 2021-03-30 镇江四联机电科技有限公司 一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及阀体

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3488026A1 (en) * 2016-07-22 2019-05-29 Westinghouse Electric Company Llc Spray methods for coating nuclear fuel rods to add corrosion resistant barrier
CN106435323A (zh) * 2016-08-23 2017-02-22 北京科技大学 一种氧化物弥散强化ods高熵合金及其制备方法
CN108149117A (zh) * 2017-11-22 2018-06-12 兰州理工大学 一种MoCrFeMnNi高熵合金及其制备方法
CN108220742A (zh) * 2018-03-14 2018-06-29 北京理工大学 一种微合金化Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta难熔高熵合金及其制备方法
CN109161780A (zh) * 2018-11-07 2019-01-08 安阳工学院 一种提高FeCrNiAl基高熵合金加工性能的方法
US20200303083A1 (en) * 2019-03-21 2020-09-24 Dalian University Of Technology Radiation resistant high-entropy alloy having fcc structure and preparation method thereof
CN109930052A (zh) * 2019-03-28 2019-06-25 昆明理工大学 一种安全核反应堆包壳高熵合金材料及其制备方法
CN111118378A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 西安西工大超晶科技发展有限责任公司 一种核用高熵合金及其制备方法
CN111778438A (zh) * 2020-07-30 2020-10-16 东北大学 一种结构功能一体化的高熵合金及其制备方法
CN111945033A (zh) * 2020-07-30 2020-11-17 东北大学 一种中子毒物特性的高熵合金及其制备方法
CN112575327A (zh) * 2020-12-08 2021-03-30 镇江四联机电科技有限公司 一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及阀体

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DAN DOU, KUN DENG等: "MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF COATING OF AlFeCrNiMo HIGH-ENTROPY ALLOY", 《SURFACE REVIEW AND LETTERS》 *
WEI WU, LI JIANG等: "Phase Evolution and Properties of Al2CrFeNiMo x High-Entropy Alloys Coatings by Laser Cladding", 《JOURNAL OF THERMAL SPRAY TECHNOLOGY》 *
X.C. LI, D. DOU等: "Microstructure and Properties of FeAlCrNiMox High-Entropy Alloys", 《JOURNAL OF MATERIALS ENGINEERING AND PERFORMANCE》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113564493A (zh) * 2021-08-10 2021-10-29 成都大学 一种高熵合金增强FeCrAl合金包壳材料及其制备工艺
CN114737101A (zh) * 2022-04-25 2022-07-12 东北电力大学 Cr12MoV冷作模具钢表面激光熔覆高熵合金粉末涂层的方法

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