CN114574746B - 海洋环境用高熵合金组合物及其粉末、丝材的制备应用 - Google Patents

海洋环境用高熵合金组合物及其粉末、丝材的制备应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种海洋环境用高熵合金组合物及其粉末、丝材的制备应用。其包括如下质量百分比的元素单质组分块体或粉末，粉末纯度高于99.9%：Ni 16‑25%、Cr 18‑25%、Mo 14‑22%、Nb 16‑23%、Ti≤3.0%、La≤1.0%、Sc≤1.0%。本发明通过特定的元素成分配比及制备工艺，获得耐腐蚀性能优秀的高熵合金金属材料，并且具有优秀的抗高温氧化性能和力学性能，其制备出的丝材或粉末材料可用于海洋工程零件表面耐腐蚀涂层的制造，可以大大提升零件的使用服役年限。

Description

海洋环境用高熵合金组合物及其粉末、丝材的制备应用
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种海洋环境用高熵合金组合物及其粉末、丝材的制备应用。
背景技术
目前海洋工程中通过使用各类不锈钢金属结构或涂层来避免工程结构的过早锈蚀失效。随着人们对海洋资源开发需求的日益增加，人们对海洋环境中使用的金属材料的耐腐蚀性能提出了更高的要求，当前金属材料的耐腐蚀性能已经逐渐无法满足更加苛刻的使用环境及使用年限的要求。
发明内容
本发明的目的是要提供一种具有优秀的耐腐蚀性能、抗高温氧化性能和力学性能，可以大大提升零件的使用服役年限的海洋环境用高熵合金组合物及其粉末、丝材的制备应用。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种海洋环境用高熵合金组合物，其包括如下质量百分比的元素单质组分块体或粉末，粉末纯度高于99.9％：Ni 16-25％、Cr 18-25％、Mo 14-22％、Nb 16-23％、Ti≤3.0％、La≤1.0％、Sc≤1.0％。
一种海洋环境用高熵合金粉末的制备方法，其包括如下步骤：
(1)按照配方比例称取各元素单质组分块体或纯度高于99.9％的粉末，配方为：Ni16-25％、Cr 18-25％、Mo 14-22％、Nb 16-23％、Ti≤3.0％、La≤1.0％、Sc≤1.0％；
(2)将上述的各元素单质组分块体或粉末混合均匀得到混合金属材料；
(3)采用真空感应炉熔炼步骤(2)所得到的混合金属材料的高熵合金金属溶液；
(4)将上述的高熵合金金属溶液注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，使用惰性气体雾化方法制备得到高熵合金粉末。
上述的一种海洋环境用高熵合金粉末的制备方法，其还包括筛选步骤，步骤(4)得到的所述高熵合金粉末采用粉筛过滤得到粒径在45-150μm范围内的精选高熵合金粉末，其余粒径的粉末返回步骤(3)熔炼，重新制备得到高熵合金粉末。
一种海洋环境用高熵合金粉末的应用，其采用激光熔覆的方法，将高熵合金粉末熔覆到海洋工程零件的表面，加工后熔覆层厚度为1-1.5mm，起到耐腐蚀的作用。
一种海洋环境用高熵合金丝材的制备方法，其包括：
(1)按照配方比例称取各元素单质组分块体或纯度高于99.9％的粉末重量，配方为：Ni 16-25％、Cr 18-25％、Mo 14-22％、Nb 16-23％、Ti≤3.0％、La≤1.0％、Sc≤1.0％；
(2)将上述的各元素单质组分块体或粉末混合均匀得到混合金属材料；
(3)采用真空感应炉熔炼步骤(2)所得到的混合金属材料的高熵合金金属溶液；
(4)预热浇铸的模具，将得到的高熵合金金属熔液倒入预热的浇铸模具中，得到铸锭，将铸锭均匀化退火；
(5)将退火的铸锭锻造加工成高熵合金棒，并经过5-12道次热轧，每道次热轧变形加工率10-15％，至合金棒的直径为
Figure GDA0003590690470000021
去除表面氧化皮；
(6)步骤(5)得到的高熵合金棒，依次经过冷拉拔和真空退火热处理，即可制得
Figure GDA0003590690470000022
的丝材。
一种海洋环境用高熵合金丝材的应用，其采用电弧沉积的方法，将高熵合金丝材堆积到海洋工程零件的表面，加工后熔覆层厚度为2.5-3.5mm，起到耐腐蚀的作用。
有益效果：
本发明通过特定的元素成分配比及制备工艺，获得耐腐蚀性能优秀的高熵合金金属材料，并且具有优秀的抗高温氧化性能和力学性能，其制备出的丝材或粉末材料可用于海洋工程零件表面耐腐蚀涂层的制造，可以大大提升零件的使用服役年限。
附图说明
图1为本发明试样的典型拉伸曲线
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅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作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。
实施例1
本实施例提供一种高熵合金组合物，按质量百分比包括下表中各元素的单质块体或纯度高于99.9％粉末：
元素 Ni Cr Mo Nb Ti La Sc
含量％ 25 25 22 23 3 1 1
一种海洋环境用高熵合金粉末的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上表中的配方比例称取各元素单质组分块体或纯度高于99.9％的粉末；
(2)将上述的各元素单质组分块体或粉末混合均匀得到混合金属材料；
(3)采用真空感应炉熔炼步骤(2)所得到的混合金属材料的高熵合金金属溶液；
(4)将上述的高熵合金金属溶液注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，使用惰性气体雾化方法制备得到高熵合金粉末。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，各元素的单质块体或纯度高于99.9％粉末的配方比例如下表，余量为杂质：
元素 Ni Cr Mo Nb Ti La Sc
含量％ 23 18 14 20 2.5 0.8 0.8
海洋环境用高熵合金粉末制备时，将得到的高熵合金粉末采用粉筛过滤得到粒径在45-150μm范围内的精选高熵合金粉末，其余粒径的粉末返回真空感应炉熔炼，得到的混合金属材料的高熵合金金属溶液，将高熵合金金属溶液注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，使用惰性气体雾化方法重新制备得到高熵合金粉末。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于，各元素的单质块体或纯度高于99.9％粉末的配方比例如下表：
元素 Ni Cr Mo Nb Ti La Sc
含量％ 16 25 20 16 1.8 0.5 0.5
采用激光熔覆的方法，将高熵合金粉末熔覆到海洋工程零件的表面，加工后熔覆层厚度为1-1.5mm，起到耐腐蚀的作用。
取三个实施例的高熵合金试样进行典型硬度、拉伸对比实验，硬度值如表1，拉伸实验数据如图1所示。
表1高熵合金试样的典型硬度值
Figure GDA0003590690470000041
取实施例1的高熵合金试样进行1050℃高温表面氧化增重试验，得到数据如表2。
表2高熵合金试样1050℃高温表面氧化增重试验数据
时间(h) 5 10 20 50 100 300
质量变化(mg/cm<sup>2</sup>) 0.008 0.023 0.041 0.087 0.113 0.175
实施例4
本实施例提供一种海洋环境用高熵合金丝材的制备方法，其包括：
(1)按照配方比例称取各元素单质组分块体或纯度高于99.9％的粉末，配方为：Ni25％、Cr 25％、Mo 22％、Nb 23％、Ti 3.0％、La 1.0％、Sc 1.0％；
(2)将上述的各元素单质组分块体或粉末混合均匀得到混合金属材料；
(3)采用真空感应炉熔炼步骤(2)所得到的混合金属材料获得高熵合金金属溶液；
(4)预热浇铸的模具，将得到的高熵合金金属熔液倒入预热的浇铸模具中，得到铸锭，将铸锭均匀化退火；
(5)将退火的铸锭锻造加工成高熵合金棒，并经过10-12道次热轧，每道次热轧变形加工率15％，至合金棒的直径为
Figure GDA0003590690470000051
去除表面氧化皮；
(6)步骤(5)得到的高熵合金棒，依次经过冷拉拔和真空退火热处理，即可制得
Figure GDA0003590690470000052
的丝材。
采用电弧沉积的方法，将高熵合金丝材堆积到海洋工程零件的表面，加工后熔覆层厚度为2.5mm，起到耐腐蚀的作用。
实施例4
本实施例与实施例3的不同之处在于，各元素单质组分块体或纯度高于99.9％的粉末配方为：Ni 24％、Cr 18％、Mo 14％、Nb 16％、Ti 2％、La 0.5％、Sc 0.5％；铸锭锻造加工的高熵合金棒经过5-8道次热轧，每道次热轧变形加工率10％，至合金棒的直径为
Figure GDA0003590690470000053
去除表面氧化皮；经过冷拉拔和真空退火热处理，即可制得
Figure GDA0003590690470000054
的丝材。采用电弧沉积的方法，将高熵合金丝材堆积到海洋工程零件的表面，加工后熔覆层厚度为3.5mm，可以起到耐腐蚀的作用。
实施例5
本实施例与实施例3的不同之处在于，各元素单质组分块体或纯度高于99.9％的粉末配方为：Ni 16％、Cr 23％、Mo 19％、Nb 21％、Ti 1.5％、La 1％、Sc 0.5％；铸锭锻造加工成高熵合金棒，并经过8-10道次热轧，每道次热轧变形加工率12％，至合金棒的直径为
Figure GDA0003590690470000055
去除表面氧化皮，依次经过冷拉拔和真空退火热处理，即可制得
Figure GDA0003590690470000056
的丝材。
采用电弧沉积的方法，将高熵合金丝材堆积到海洋工程零件的表面，加工后熔覆层厚度为3mm，起到耐腐蚀的作用。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种海洋环境用高熵合金组合物，其特征在于，包括如下质量百分比的元素单质组分块体或粉末，粉末纯度高于99.9%：Ni 25%、Cr 25%、Mo 22%、Nb 23%、Ti 3.0%、La 1.0%、Sc1.0%；将所述高熵合金组合物制备成高熵合金粉末或高熵合金丝材；采用激光熔覆的方法，将高熵合金粉末熔覆到海洋工程零件的表面，加工后熔覆层厚度为1-1.5mm，起到耐腐蚀的作用；采用电弧沉积的方法，将高熵合金丝材堆积到海洋工程零件的表面，加工后熔覆层厚度为2.5-3.5mm，起到耐腐蚀的作用。
2.一种由权利要求1所述的海洋环境用高熵合金组合物制备高熵合金粉末的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按照配方比例称取各元素单质组分块体或纯度高于99 .9%的粉末，配方为：Ni25%、Cr 25%、Mo 22%、Nb 23%、Ti 3.0%、La 1.0%、Sc 1.0%；
（2）将上述的各元素单质组分块体或粉末混合均匀得到混合金属材料；
（3）采用真空感应炉熔炼步骤（2）所得到的混合金属材料的高熵合金金属熔液；
（4）将上述的高熵合金金属熔液注入位于雾化喷嘴之上的中间包内，使用惰性气体雾化方法制备得到高熵合金粉末。
3.根据权利要求2所述的制备高熵合金粉末的方法，其特征在于，还包括筛选步骤，步骤（4）得到的所述高熵合金粉末采用粉筛过滤得到粒径在45-150 μm范围内的精选高熵合金粉末，其余粒径的粉末返回步骤（3）熔炼，重新制备得到高熵合金粉末。
4.一种由权利要求1所述的海洋环境用高熵合金组合物制备高熵合金丝材的方法，其特征在于，包括：
（1）按照配方比例称取各元素单质组分块体或纯度高于99 .9%的粉末重量，配方为：Ni25%、Cr 25%、Mo 22%、Nb 23%、Ti 3.0%、La 1.0%、Sc 1.0%；
（2）将上述的各元素单质组分块体或粉末混合均匀得到混合金属材料；
（3）采用真空感应炉熔炼步骤（2）所得到的混合金属材料的高熵合金金属熔液；
（4）预热浇铸的模具，将得到的高熵合金金属熔液倒入预热的浇铸模具中，得到铸锭，将铸锭均匀化退火；
（5）将退火的铸锭锻造加工成高熵合金棒，并经过5-12道次热轧，每道次热轧变形加工率10-15%，至合金棒的直径为φ6-10mm，去除表面氧化皮；
（6）步骤（5）得到的高熵合金棒，依次经过冷拉拔和真空退火热处理，即可制得φ0.8-2.0mm的丝材。
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