CN114345974B - 一种CuCoCrFeNi高熵合金线材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种CuCoCrFeNi高熵合金线材的制备方法，其能解决现有CuCoCrFeNi高熵合金线材室温拉伸强度较低的技术问题。一种CuCoCrFeNi高熵合金线材的制备方法，其特征在于，包括以熔炼铸锭、淬火、锻造和拉拔四个步骤，其中，淬火前涂抹防氧化涂层，淬火时在真空电阻箱中1100‑1200°C保温6‑24h，锻造时，置于1000‑1200°C电阻炉内保温30min，每火次变形量为10‑15%。本发明制备的CuCoCrFeNi高熵合金线材，最高拉伸强度不低于1650MPa，有效提高了线材的强度，拓宽了高熵合金的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及CuCoCrFeNi高熵合金技术领域，具体涉及一种CuCoCrFeNi高熵合金线材的制备方法。
背景技术
传统合金的设计理念以1种或2种元素作为基体，添加少量其它金属或非金属元素来改变或优化性能，目前已经开发了大量的工业化合金。但经过多年的开发，传统合金的性能已经趋于瓶颈，亟需颠覆性的新型合金设计理念来打破金属设计的桎梏。高熵合金就是近年涌现的一种具有广阔应用潜力的新型高性能金属材料。
高熵合金通常定义为：包含5或5种以上元素，且每个组元所占原子百分数在5%到35%之间的合金。传统合金设计理念认为，合金组元过多会在组织内形成金属间化合物，从而使合金结构变得复杂，对合金性能产生不利影响。但对高熵合金的研究发现，高熵合金内原子排列混乱，较高的混合熵增强了固溶体中相的稳定性，促使合金形成简单固溶体。CuCoCrFeNi高熵合金就是其中研究最为广泛的种类之一。
CuCoCrFeNi高熵合金组织为简单双相面心立方固溶体结构，具有较高的耐磨性、耐蚀性、热稳定性、以及优异的抗辐照性能。但是CuCoCrFeNi高熵合金室温拉伸强度较低，只有400MPa左右，这极大的限制了其在工程结构承载领域的应用。
高熵合金强化手段包括：第二相强化、固溶强化、细晶强化、加工硬化。通常为了保持合金结构的完整性与稳定性，采用塑性变形来提高合金强度，包括轧制、压缩、扭转等。但是，上述形变方法不仅对合金强度提高有限，难以进行大规模批量生产，而且得到的合金往往是盘状、板状或棒材，缺少在线材领域的研发。
因此，为了解决上述问题，更好推动高熵合金工业生产与应用，发明一种通过热锻与冷拉拔工艺相结合的制备方法，得到的具有高强韧性CuCoCrFeNi高熵合金线材，从而提高高熵合金的强度，弥补高熵合金在线材领域研究的空白，具有重要的经济和社会意义。
发明内容
本发明提供了一种CuCoCrFeNi高熵合金线材的制备方法，其能解决现有CuCoCrFeNi高熵合金线材室温拉伸强度较低的技术问题。
其技术方案是这样的，一种CuCoCrFeNi高熵合金线材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将Cu、Co、Cr、Fe、Ni的纯金属原料打磨、清洗、干燥后按等原子百分比完成称量，将称量后的各纯金属原料按元素熔点从低到高依次放入熔炼坩埚中，利用真空电弧熔炼或真空感应熔炼，冷却获得熔炼合金铸锭；
步骤二：在步骤一获得的合金铸锭表面涂抹形成防氧化涂层，在真空电阻箱中1100-1200°C保温6-24h，经过淬火处理后的合金铸锭，先通过打磨取出防氧化涂层，然后置入75v/v%浓盐酸和25v/v%浓硝酸的混合溶液去除表面的氧化层，再将合金铸锭表面清洗干燥，获得淬火合金铸锭；
步骤三：将步骤二处理后的淬火合金铸锭置于1000-1200°C电阻炉内保温30min，利用锻机锻造，每火次变形量为10-15%，将合金热锻成直径10-12mm棒材后在800-1000°C保温30min后，车削至直径8-9.5mm；
步骤四，将步骤三车削处理后的的棒材，在室温环境下，连续拉拔至直径3-3.44mm，拉拔应变量为2，得到目标线材。
进一步的，步骤二中，采用75 v/v%酒精对合金铸锭表面清洗干燥。
进一步的，步骤二中，真空电阻箱温度为1100°C，保温4h。
进一步的，步骤三中，电阻炉温度为1000°C，每火次变形量为10%，合金热锻造完成后电阻炉温度调至800°C，保温30min后，再进行车削。
本发明采用热锻加室温冷拉拔工艺制备CuCoCrFeNi高熵合金线材，最高拉伸强度不低于1650MPa，有效提高了线材的强度，拓宽了高熵合金的应用范围；本发明制备工艺简单，可行性强，效果明显，因此在工程结构材料领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的CuCoCrFeNi高熵合金线材的不同拉拔应变下拉伸工程应力-应变曲线。
图1中，曲线1拉拔应变为0，曲线2拉拔应变为0.5，曲线3拉拔应变为1，曲线4拉拔应变为1.5，曲线5拉拔应变为2。
具体实施方式
实施例1
一种CuCoCrFeNi高熵合金线材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将Cu、Co、Cr、Fe、Ni的纯金属原料打磨、清洗、干燥后按等原子百分比完成称量，将称量后的各纯金属原料按元素熔点从低到高依次放入熔炼坩埚中，利用真空电弧熔炼 (通过反复熔炼配合磁搅拌直至所有块体全部熔化，电弧熔炼通过电流调节，熔炼坩埚内温度在2000-2200℃，以下实施例2和实施例3也是同样如此)，冷却获得熔炼合金铸锭；
步骤二：在步骤一获得的合金铸锭表面涂抹形成防氧化涂层，在真空电阻箱中1100°C保温24h，经过淬火处理后的合金铸锭，先通过打磨取出防氧化涂层，然后置入75v/v%浓盐酸和25v/v%浓硝酸的混合溶液去除表面的氧化层，利用酒精再将合金铸锭表面清洗干燥，获得淬火合金铸锭；
步骤三：将步骤二处理后的淬火合金铸锭置于1000°C电阻炉内保温30min，利用锻机锻造，每火次变形量为10%，将合金热锻成直径12mm棒材后在800°C保温30min后，车削至直径9.3mm；
步骤四，将步骤三车削处理后的的棒材，在室温环境下，连续拉拔至直径3.44mm，拉拔应变量为2，得到目标线材。该目标线材，即CuCoCrFeNi高熵合金线材的不同拉拔应变下拉伸工程应力-应变曲线如图1所示，拉伸强度最高可达1723MPa。
实施例2
一种CuCoCrFeNi高熵合金线材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将Cu、Co、Cr、Fe、Ni的纯金属原料打磨、清洗、干燥后按等原子百分比完成称量，将称量后的各纯金属原料按元素熔点从低到高依次放入熔炼坩埚中，利用真空电弧熔炼，冷却获得熔炼合金铸锭；
步骤二：在步骤一获得的合金铸锭表面涂抹形成防氧化涂层(实施例1~3中防氧化涂层由安丘市星光热化材料厂的高温防氧化涂料涂抹形成)，在真空电阻箱中1200°C保温6h，经过淬火处理后的合金铸锭，先通过打磨取出防氧化涂层，然后置入75v/v%浓盐酸和25v/v%浓硝酸的混合溶液去除表面的氧化层，利用酒精再将合金铸锭表面清洗干燥，获得淬火合金铸锭；
步骤三：将步骤二处理后的淬火合金铸锭置于1200°C电阻炉内保温30min，利用锻机锻造，每火次变形量为15%，将合金热锻成直径10mm棒材后在1000°C保温30min后，车削至直径8mm。
步骤四，将步骤三车削处理后的的棒材，在室温环境下，连续拉拔至直径3-3.44mm，拉拔应变量为2，得到目标线材。该目标线材的拉伸强度最高可达1653MPa。
实施例3
一种CuCoCrFeNi高熵合金线材的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将Cu、Co、Cr、Fe、Ni的纯金属原料打磨、清洗、干燥后按等原子百分比完成称量，将称量后的各纯金属原料按元素熔点从低到高依次放入熔炼坩埚中，利用真空电弧熔炼，冷却获得熔炼合金铸锭；
步骤二：在步骤一获得的合金铸锭表面涂抹形成防氧化涂层，在真空电阻箱中1150°C保温15h，经过淬火处理后的合金铸锭，先通过打磨取出防氧化涂层，然后置入75v/v%浓盐酸和25v/v%浓硝酸的混合溶液去除表面的氧化层，利用酒精再将合金铸锭表面清洗干燥，获得淬火合金铸锭；
步骤三：将步骤二处理后的淬火合金铸锭置于1100°C电阻炉内保温30min，利用锻机锻造，每火次变形量为12%，将合金热锻成直径11mm棒材后在900°C保温30min后，车削至直径9.5mm。
步骤四，将步骤三车削处理后的的棒材，在室温环境下，连续拉拔至直径3.4mm，拉拔应变量为2，得到目标线材。该目标线材的拉伸强度最高可达1680MPa。
Claims (1)
1.一种CuCoCrFeNi高熵合金线材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将Cu、Co、Cr、Fe、Ni的纯金属原料打磨、清洗、干燥后按等原子百分比完成称量，将称量后的各纯金属原料按元素熔点从低到高依次放入熔炼坩埚中，利用真空电弧熔炼，熔炼坩埚内温度在2000-2200℃，冷却获得熔炼合金铸锭；
步骤二：在步骤一获得的合金铸锭表面涂抹形成防氧化涂层，在真空电阻箱中1100°C保温24h，经过淬火处理后的合金铸锭，先通过打磨去除防氧化涂层，然后置入75v/v%浓盐酸和25v/v%浓硝酸的混合溶液去除表面的氧化层，再利用75 v/v%酒精将合金铸锭表面清洗干燥，获得淬火合金铸锭；
步骤三：将步骤二处理后的淬火合金铸锭置于1000°C电阻炉内保温30min，利用锻机锻造，每火次变形量为10%，将合金热锻成直径12mm棒材后在800°C保温30min后，车削至直径9.3mm；
步骤四，将步骤三车削处理后的棒材，在室温环境下，连续拉拔至直径3.44mm，拉拔应变量为2，得到目标线材。
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