CN115074595B - 一种耐酸腐蚀非等原子比CoCrNi中熵合金及其制备方法 - Google Patents

一种耐酸腐蚀非等原子比CoCrNi中熵合金及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115074595B
CN115074595B CN202210633663.1A CN202210633663A CN115074595B CN 115074595 B CN115074595 B CN 115074595B CN 202210633663 A CN202210633663 A CN 202210633663A CN 115074595 B CN115074595 B CN 115074595B
Authority
CN
China
Prior art keywords
entropy alloy
cocrni
atomic ratio
smelting
equal atomic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210633663.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115074595A (zh
Inventor
骆鸿
成红旭
王雪飞
李晓刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN202210633663.1A priority Critical patent/CN115074595B/zh
Publication of CN115074595A publication Critical patent/CN115074595A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115074595B publication Critical patent/CN115074595B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/003—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals by induction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/006—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals with use of an inert protective material including the use of an inert gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16—Remelting metals
    • C22B9/20—Arc remelting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种耐酸腐蚀非等原子比中熵合金及其制备方法。该中熵合金的成分组成为CoCrNi，各组分按原子百分比依次为：Co 38～48％，Cr 28～32％，Ni 20～32％。本发明通过WK‑Ⅱ型真空电弧炉制备非等原子比CoCrNi中熵合金，通过调整Co和Ni元素的含量，得到具有高硬度、耐酸性环境腐蚀的中熵合金。其中制备方法包括以下主要步骤：备料、熔炼、吸铸凝固成型、热处理。本发明得到的非等原子比CoCrNi中熵合金具有HCP和FCC的双相结构，无金属间化合物的形成，成分均匀，具有较高的硬度，并且在硫酸环境中显示出优异的耐蚀性能。这种具备高硬度和高耐蚀性的中熵合金，在石油化工、电力、冶金等领域具有良好的应用前景。

Description

一种耐酸腐蚀非等原子比CoCrNi中熵合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐酸腐蚀非等原子比CoCrNi中熵合金材料及制备方法，属于新型合金材料及其制备技术领域。
背景技术
高熵合金作为一种由五种或超过五种元素构成的新合金体系，表现出独特的四大效应：高熵效应、晶格畸变、缓慢扩散和鸡尾酒效应。此外由于高熵合金中的高构型熵，使得合金倾向于形成固溶体而不是金属间化合物，包括FCC、BCC或HCP，这对材料的性能来说也是十分有益的。然而这种多主元的合金由于生产成本高，成分设计复杂，一定程度上限制了其工业应用和发展。
不同材料的性能随着体系熵值增加的变化趋势并不是线性关系，因此只追求更高熵体系并不能完全提升材料的性能，反而使得成本大幅度上升。此外，研究发现，中熵合金在降低元素数量的情况下也能展现出优异的性能，甚至在低温和室温下能够比高熵合金具备更优异的机械性能。考虑到中熵合金的组成主元相对较少，而且每种主元成分的可调范围更大，这相对于高熵合金而言体现出了能够更加灵活改变成分含量来调控性能的优势。这导致近年来三元或四元的中熵合金被广泛研究。
对于CoCrNi体系的中熵合金，目前一些相关的研究聚焦于力学性能、组织调控和变形机理，而CoCrNi中熵合金体系的耐蚀性，特别是在酸性环境下的耐蚀性目前探讨的很少。因此将非等原子比的设计理念用于CoCrNi中熵合金体系耐蚀性的提升，具有十分重要的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明旨在开发一种耐酸腐蚀非等原子比CoCrNi中熵合金材料，同时通过调整Co和Ni的含量改善CoCrNi中熵合金材料的硬度以及在酸性环境下的耐蚀性，同时本发明描述了相应的制备方法。
一种耐酸腐蚀非等原子比CoCrNi中熵合金，其特征在于所述的中熵合金的成分组成为Co、Cr、Ni，各组分按原子百分比依次为：Co 38～48％，Cr 28～32％，Ni 20～32％。
进一步地，所述的非等原子比CoCrNi中熵合金采用纯度不小于99.9wt.％的Co、Cr、Ni原材料，材料形态为小块体状或颗粒状。
进一步地，所述的非等原子比CoCrNi中熵合金具有双相结构，分别是HCP和FCC相结构，表现出成分均匀的特点。
进一步地，所述的非等原子比CoCrNi中熵合金具有良好的硬度，硬度值为240～280HV。
进一步地，所述的非等原子比CoCrNi中熵合金在0.5M硫酸溶液中表现出优异的耐蚀性能，腐蚀电流密度低于1.3μA/cm2，同时具有宽范围的钝化区间。
如上所述的非等原子比CoCrNi中熵合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤(1)：按照原子百分比，其中Co 38～48％，Cr 28～32％，Ni 20～32％，根据理论计算得出Co元素，Cr元素，和Ni元素的所需质量。首先将Co，Cr，Ni的原材料使用去离子水在超声波震荡清洗装置中清洗5～10分钟，然后依次使用丙酮溶液和无水乙醇依次进行超声波震荡清洗，去除原材料表面的杂物并烘干以备称量。
步骤(2)：将步骤(1)中称重后的CoCrNi材料放入真空电弧炉中，进行洗气操作后在抽真空环境并通入保护气体的条件下进行反复熔炼，得到非等原子比CoCrNi中熵合金。
步骤(3)：经过步骤(2)反复熔炼得到成分均匀的非等原子比CoCrNi中熵合金后，进行吸铸凝固成型，冷却10～20分钟后取出。
步骤(4)：对熔炼得到的材料进行1100～1200摄氏度固溶处理，使组织均匀化并改善相结构。
进一步地，所述非等原子比CoCrNi中熵合金的制备方法，其步骤(2)的具体操作步骤为：
(1)首先使用无水乙醇对真空炉的内腔进行清理，并将步骤(1)中称重后的非等原子比CoCrNi中熵合金根据熔点由低到高的顺序依次先后放入真空电弧炉的坩埚中，同时其他坩埚中需要放入纯钛锭(经过2000目砂纸打磨光滑)，然后旋紧炉门并上锁；
(2)洗气：使用机械泵将电弧炉内真空降至小于5Pa，接着使用分子泵抽真空至3～8×10-4Pa，此时关闭分子泵并通入氩气保护气体至压力显示为0，再次使用机械泵和分子泵重复上述操作。洗气过程重复3～5次，最后通入氩气保证电弧炉内的压强为-0.01～-0.05MPa；
(3)熔炼纯钛锭3～5次，熔炼电流维持在150～220A，持续80～180s，观察纯钛锭表面是否发生氧化，若无氧化说明洗气效果良好，可以对非等原子比CoCrNi中熵合金进行熔炼。熔炼非等原子比CoCrNi中熵合金，进行熔炼的工艺参数为，电流大小：150～260A，持续时间：60～80s。每次熔炼后将材料进行翻面后再进行下一次熔炼，保证熔炼成分均匀，重复5～8次。熔炼过程中使用磁力搅拌功能，电流大小为1～3A。
本发明提供了一种非等原子比CoCrNi中熵合金，通过调整Co元素和Ni元素的含量，改善非等原子比CoCrNi中熵合金的组织结构、提高了硬度和在硫酸环境中耐蚀性。通过调整非等原子比CoCrNi中熵合金中Co和Ni元素的成分含量以及在1100～1200摄氏度固溶处理，使得传统等原子比CoCrNi中熵合金的FCC单相结构转变成HCP相和FCC相的双相结构，进而显著降低了在硫酸环境中的腐蚀电流密度，提高了钝化膜的保护作用。相比于等原子比CoCrNi中熵合金，本发明的非等原子比CoCrNi中熵合金耐蚀性得到显著优化，其腐蚀电流密度最低降低至0.319μA/cm2，阻抗幅值提升至105Ω·cm2级别。
本发明的优点和有益效果在于：
1.本发明的非等原子比CoCrNi中熵合金通过调控成分含量以及热处理工艺得到了HCP相和FCC相的双相结构。
2.本发明的非等原子比CoCrNi中熵合金，冶炼过程采用了氩气保护和电磁搅拌技术，并通过反复熔炼保障了合金组织和成分的均匀。
3.本发明的非等原子比CoCrNi中熵合金在0.5M硫酸溶液中具有优异的耐蚀性，通过调整成分比例，其腐蚀电流密度能够降至0.319μA/cm2，且具有明显的钝化区。在石油化工、电力、冶金等领域具有良好的应用前景。
4.本发明的非等原子比CoCrNi中熵合金具有良好的硬度，硬度值为240～280HV。
附图说明
图1为本发明的非等原子比CoCrNi中熵合金的XRD图谱；
图2为本发明的非等原子比CoCrNi中熵合金的硬度分布图；
图3为本发明的非等原子比CoCrNi中熵合金在0.5M硫酸溶液中的极化曲线图；
图4为本发明的非等原子比CoCrNi中熵合金在0.5M硫酸溶液中的Nyquist图。
图5为本发明的非等原子比CoCrNi中熵合金在0.5M硫酸溶液中的Bode图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的非等原子比CoCrNi中熵合金进一步说明，但本发明的保护范围不限于实施例内容。
实施例1
制备非等原子比CoCrNi中熵合金，其中各元素的原子百分比如下Co 40％，Cr30％，Ni 30％，采用纯度不小于99.9wt.％的Co、Cr、Ni原材料，其形态为小块体状或颗粒状。
步骤(1)，按照原子百分比，其中Co 40％，Cr 30％，Ni 30％，根据理论计算得出Co元素，Cr元素，和Ni元素的所需质量。首先将Co，Cr，Ni的原材料使用去离子水在超声波震荡清洗装置中清洗5～10分钟，然后依次使用丙酮溶液和无水乙醇依次进行超声波震荡清洗，去除原材料表面的杂物并烘干3小时去除水分后进行称重。
步骤(2)，首先使用无水乙醇对真空炉的内腔进行清理，并将步骤(1)中称重后的非等原子比CoCrNi中熵合金根据熔点由低到高的顺序依次先后放入真空电弧炉的坩埚中，同时其他坩埚中需要放入纯钛锭(经过2000目砂纸打磨光滑)，然后旋紧炉门并上锁；
洗气：使用机械泵将电弧炉内真空降至小于5Pa，接着使用分子泵抽真空至5×10- 4Pa，此时关闭分子泵并通入氩气保护气体至压力显示为0，再次使用机械泵和分子泵重复上述操作。洗气过程重复3次，最后通入氩气保证电弧炉内的压强为-0.05MPa；
熔炼：熔炼电流维持在160A，持续100s，熔炼纯钛锭5次并观察纯钛锭表面是否发生氧化，若无氧化说明洗气效果良好，可以对CoCrNi中熵合金进行熔炼。熔炼非等原子比CoCrNi中熵合金，进行熔炼的工艺参数为，电流大小：180A，持续时间：75s。每次熔炼后将材料进行翻面后再进行下一次熔炼，保证熔炼成分均匀，重复5次。熔炼过程中使用磁力搅拌功能，电流大小为1～3A。
步骤(3)：经过步骤(2)反复熔炼得到成分均匀的CoCrNi中熵合金后，进行吸铸凝固成型，冷却10～20分钟后取出。
步骤(4)：对熔炼得到的材料进行1200摄氏度固溶处理，使组织均匀化。
对实施例1制备的非等原子比CoCrNi中熵合金进行相结构分析，如图1的XRD图所示，非等原子比CoCrNi中熵合金主要由HCP相和FCC相构成。
对实施例1制备的非等原子比CoCrNi中熵合金进行硬度测试，结果如图2所示。
对实施例1制备的非等原子比CoCrNi中熵合金进行电化学测试，研究在0.5M硫酸溶液中的耐蚀性，如图3至图5所示。非等原子比CoCrNi中熵合金的动电位极化曲线表现出宽范围的钝化区和较小的腐蚀电流密度，其中腐蚀电流密度约为1.372μA/cm2。
实施例2
制备非等原子比CoCrNi中熵合金，其中各元素的原子百分比如下Co 42.5％，Cr30％，Ni 27.5％，采用纯度不小于99.9wt.％的Co、Cr、Ni原材料，其形态为小块体状或颗粒状。
步骤(1)，按照原子百分比，其中Co 42.5％，Cr 30％，Ni 27.5％，根据理论计算得出Co元素，Cr元素，和Ni元素的所需质量。首先将Co，Cr，Ni的原材料使用去离子水在超声波震荡清洗装置中清洗5～10分钟，然后依次使用丙酮溶液和无水乙醇依次进行超声波震荡清洗，去除原材料表面的杂物并烘干3小时去除水分后进行称重。
步骤(2)，首先使用无水乙醇对真空炉的内腔进行清理，并将步骤(1)中称重后的非等原子比CoCrNi中熵合金根据熔点由低到高的顺序依次先后放入真空电弧炉的坩埚中，同时其他坩埚中需要放入纯钛锭(经过2000目砂纸打磨光滑)，然后旋紧炉门并上锁；
洗气：使用机械泵将电弧炉内真空降至小于5Pa，接着使用分子泵抽真空至5×10- 4Pa，此时关闭分子泵并通入氩气保护气体至压力显示为0，再次使用机械泵和分子泵重复上述操作。洗气过程重复3次，最后通入氩气保证电弧炉内的压强为-0.05MPa；
熔炼：熔炼电流维持在160A，持续100s，熔炼纯钛锭5次并观察纯钛锭表面是否发生氧化，若无氧化说明洗气效果良好，可以对CoCrNi中熵合金进行熔炼。熔炼非等原子比CoCrNi中熵合金，进行熔炼的工艺参数为，电流大小：190A，持续时间：80s。每次熔炼后将材料进行翻面后再进行下一次熔炼，保证熔炼成分均匀，重复5次。熔炼过程中使用磁力搅拌功能，电流大小为1～3A。
步骤(3)：经过步骤(2)反复熔炼得到成分均匀的CoCrNi中熵合金后，进行吸铸凝固成型，冷却10～20分钟后取出。
步骤(4)：对熔炼得到的材料进行1200摄氏度固溶处理，使组织均匀化。
对实施例2制备的非等原子比CoCrNi中熵合金进行相结构分析，如图1的XRD图所示，非等原子比CoCrNi中熵合金主要由HCP相和FCC相构成。
对实施例2制备的非等原子比CoCrNi中熵合金进行硬度测试，结果如图2所示。
对实施例2制备的非等原子比CoCrNi中熵合金进行电化学测试，研究在0.5M硫酸溶液中的耐蚀性，如图3至图5所示。与实施例1相比钝化区没有明显变化，腐蚀电流密度明显降低，其中腐蚀电流密度约为0.662μA/cm2。
实施例3
制备非等原子比CoCrNi中熵合金，其中各元素的原子百分比如下Co 45％，Cr30％，Ni 25％，采用纯度不小于99.9wt.％的Co、Cr、Ni原材料，其形态为小块体状或颗粒状。
步骤(1)，按照原子百分比，其中Co 45％，Cr 30％，Ni 25％，根据理论计算得出Co元素，Cr元素，和Ni元素的所需质量。首先将Co，Cr，Ni的原材料使用去离子水在超声波震荡清洗装置中清洗5～10分钟，然后依次使用丙酮溶液和无水乙醇依次进行超声波震荡清洗，去除原材料表面的杂物并烘干3小时去除水分后进行称重。
步骤(2)，首先使用无水乙醇对真空炉的内腔进行清理，并将步骤(1)中称重后的非等原子比CoCrNi中熵合金根据熔点由低到高的顺序依次先后放入真空电弧炉的坩埚中，同时其他坩埚中需要放入纯钛锭(经过2000目砂纸打磨光滑)，然后旋紧炉门并上锁；
洗气：使用机械泵将电弧炉内真空降至小于5Pa，接着使用分子泵抽真空至5×10- 4Pa，此时关闭分子泵并通入氩气保护气体至压力显示为0，再次使用机械泵和分子泵重复上述操作。洗气过程重复3次，最后通入氩气保证电弧炉内的压强为-0.05MPa；
熔炼：熔炼电流维持在160A，持续100s，熔炼纯钛锭5次并观察纯钛锭表面是否发生氧化，若无氧化说明洗气效果良好，可以对CoCrNi中熵合金进行熔炼。熔炼非等原子比CoCrNi中熵合金，进行熔炼的工艺参数为，电流大小：200A，持续时间：80s。每次熔炼后将材料进行翻面后再进行下一次熔炼，保证熔炼成分均匀，重复5次。熔炼过程中使用磁力搅拌功能，电流大小为1～3A。
步骤(3)：经过步骤(2)反复熔炼得到成分均匀的CoCrNi中熵合金后，进行吸铸凝固成型，冷却10～20分钟后取出。
步骤(4)：对熔炼得到的材料进行1200摄氏度固溶处理，使组织均匀化。
对实施例3制备的非等原子比CoCrNi中熵合金进行相结构分析，如图1的XRD图所示，非等原子比CoCrNi中熵合金主要由HCP相和FCC相构成。
对实施例3制备的非等原子比CoCrNi中熵合金进行硬度测试，结果如图2所示。
对实施例3制备的非等原子比CoCrNi中熵合金进行电化学测试，研究在0.5M硫酸溶液中的耐蚀性，如图3至图5所示。与实施例1和实施例2相比，随着Co含量得增高，钝化区没有明显变化，腐蚀电流密度进一步降低，其中腐蚀电流密度约为0.319μA/cm2。
实施例4
制备非等原子比CoCrNi中熵合金，其中各元素的原子百分比如下Co 47.5％，Cr30％，Ni 22.5％，采用纯度不小于99.9wt.％的Co、Cr、Ni原材料，其形态为小块体状或颗粒状。
步骤(1)，按照原子百分比，其中Co 40％，Cr 30％，Ni 30％，根据理论计算得出Co元素，Cr元素，和Ni元素的所需质量。首先将Co，Cr，Ni的原材料使用去离子水在超声波震荡清洗装置中清洗5～10分钟，然后依次使用丙酮溶液和无水乙醇依次进行超声波震荡清洗，去除原材料表面的杂物并烘干3小时去除水分后进行称重。
步骤(2)，首先使用无水乙醇对真空炉的内腔进行清理，并将步骤(1)中称重后的非等原子比CoCrNi中熵合金根据熔点由低到高的顺序依次先后放入真空电弧炉的坩埚中，同时其他坩埚中需要放入纯钛锭(经过2000目砂纸打磨光滑)，然后旋紧炉门并上锁；
洗气：使用机械泵将电弧炉内真空降至小于5Pa，接着使用分子泵抽真空至5×10- 4Pa，此时关闭分子泵并通入氩气保护气体至压力显示为0，再次使用机械泵和分子泵重复上述操作。洗气过程重复3次，最后通入氩气保证电弧炉内的压强为-0.05MPa；
熔炼：熔炼电流维持在160A，持续100s，熔炼纯钛锭5次并观察纯钛锭表面是否发生氧化，若无氧化说明洗气效果良好，可以对CoCrNi中熵合金进行熔炼。熔炼非等原子比CoCrNi中熵合金，进行熔炼的工艺参数为，电流大小：220A，持续时间：70s。每次熔炼后将材料进行翻面后再进行下一次熔炼，保证熔炼成分均匀，重复5次。熔炼过程中使用磁力搅拌功能，电流大小为1～3A。
步骤(3)：经过步骤(2)反复熔炼得到成分均匀的CoCrNi中熵合金后，进行吸铸凝固成型，冷却10～20分钟后取出。
步骤(4)：对熔炼得到的材料进行1200摄氏度固溶处理，使组织均匀化。
对实施例4制备的非等原子比CoCrNi中熵合金进行相结构分析，如图1的XRD图所示，非等原子比CoCrNi中熵合金主要由HCP相和FCC相构成。
对实施例4制备的非等原子比CoCrNi中熵合金进行硬度测试，结果如图2所示。
对实施例4制备的非等原子比CoCrNi中熵合金进行电化学测试，研究在0.5M硫酸溶液中的耐蚀性，如图3至图5所示。钝化区没有明显变化，其中腐蚀电流密度约为0.455μA/cm2，相对于实施例3略有升高。
由以上实施例可以看出本发明提供的非等原子比CoCrNi中熵合金在酸性环境下表现出优异的耐蚀性和较高的硬度，同时宽范围的钝化区表明钝化膜具有较好的保护性。通过调整元素含量，能够进一步改善耐蚀性和硬度。与CoCrNiMn8中熵合金的腐蚀电位和腐蚀电流密度相比(发明专利201810580163.X)，本发明的非等原子比CoCrNi中熵合金具有更高的腐蚀电位和更低的腐蚀电流密度，表现出更加优异的耐蚀性。此外，已有的研究报道(J.Wang,W.Li,H.Yang,H.Huang,S.Ji,J.Ruan,Z.Liu,Corrosion behavior of CoCrNimedium-entropy alloy compared with 304stainless steel in H2SO4 and NaOHsolutions,Corros.Sci.,177(2020)108973.)，CoCrNi(Co 34.5％，Cr 31.6％，Ni 33.9％)中熵合金在硫酸环境下的腐蚀电位为-0.24V，腐蚀电流密度为32.4μA/cm2，阻抗幅值约为1300Ω·cm2，而本发明所述的非等原子比CoCrNi中熵合金在0.5M硫酸环境下的腐蚀电位在-0.183～-0.109V之间，腐蚀电流密度在0.319～1.372μA/cm2之间，阻抗幅值达到105Ω·cm2级别。可见，对非等原子比CoCrNi中熵合金的成分调控对耐蚀性的提升有显著的影响。本发明通过调节Co和Ni含量设计的非等原子比CoCrNi中熵合金提升了材料的硬度性能和耐蚀性，对耐蚀非等原子比中熵合金的研制提供了新的设计思路。

Claims (4)

1.一种耐酸腐蚀非等原子比CoCrNi中熵合金，其特征在于所述的中熵合金的成分组成为Co、Cr、Ni，各组分按原子百分比依次为：Co 38~48 %，Cr 28~32 %，Ni 20~32 %；
所述的非等原子比CoCrNi中熵合金具有较高的硬度，硬度值为240~280 HV；
所述的非等原子比CoCrNi中熵合金具有双相结构，分别是HCP相和FCC相结构，没有形成金属间化合物，成分均匀；
所述的非等原子比CoCrNi中熵合金在0.5 M硫酸溶液中具有优异的耐蚀性，腐蚀电位在-0.183~-0.109 V之间，腐蚀电流密度在0.319~1.372 μA/cm2之间，阻抗幅值达到105Ω·cm2级别。
2.根据权利要求1所述的非等原子比CoCrNi中熵合金，其特征在于主要包括以下制备工艺步骤：
步骤（1）：按照原子百分比，其中Co 38~48 %，Cr 28~32 %，Ni 20~32 %，根据理论公式计算得出Co元素，Cr元素和Ni元素的所需质量；首先将Co，Cr，Ni的原材料使用去离子水在超声波震荡清洗装置中清洗5~10分钟，然后依次使用丙酮溶液和无水乙醇依次进行超声波震荡清洗，去除原材料表面的杂物并烘干以备称量；
步骤（2）：将步骤（1）中称重后的CoCrNi材料放入真空电弧炉中，进行洗气操作后在抽真空环境并通入保护气体的条件下进行反复熔炼，得到非等原子比的CoCrNi中熵合金；
步骤（3）：经过步骤（2）反复熔炼得到成分均匀的非等原子比CoCrNi中熵合金后，进行吸铸凝固成型，冷却10~20分钟后取出；
步骤（4）：对熔炼得到的材料进行1100~1200摄氏度固溶处理，使组织均匀化并改善相结构。
3.根据权利要求1所述的非等原子比CoCrNi中熵合金，其特征在于采用纯度不小于99.9 wt.%的Co、Cr、Ni原材料，材料形态为小块体状或颗粒状。
4.根据权利要求2所述的非等原子比CoCrNi中熵合金，其特征在于步骤（2）的具体冶炼操作步骤为：
（1）首先使用无水乙醇对真空炉的内腔进行清理，并将步骤（1）中称重后的非等原子比CoCrNi中熵合金根据熔点由低到高的顺序依次先后放入真空电弧炉的坩埚中，同时其他坩埚中需要放入经过2000目砂纸打磨光滑的纯钛锭，然后旋紧炉门并上锁；
（2）洗气：使用机械泵将电弧炉内真空降至小于5 Pa，接着使用分子泵抽真空至3~8 ×10-4 Pa，此时关闭分子泵并通入氩气保护气体至压力显示为0，再次使用机械泵和分子泵重复上述操作；洗气过程重复3~5次，最后通入氩气保证电弧炉内的压强为-0.01~-0.05 MPa；
（3）熔炼纯钛锭3~5次，熔炼电流维持在150~220 A，持续80~180 s，观察纯钛锭表面是否发生氧化，若无氧化说明洗气效果良好，可以对CoCrNi中熵合金进行熔炼；熔炼CoCrNi中熵合金，进行熔炼的工艺参数为，电流大小：150~260 A，持续时间：60~80 s；每次熔炼后将材料进行翻面后再进行下一次熔炼，保证熔炼成分均匀，重复5~8次；熔炼过程中使用磁力搅拌功能，电流大小为1~3 A。
CN202210633663.1A 2022-06-06 2022-06-06 一种耐酸腐蚀非等原子比CoCrNi中熵合金及其制备方法 Active CN115074595B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210633663.1A CN115074595B (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种耐酸腐蚀非等原子比CoCrNi中熵合金及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210633663.1A CN115074595B (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种耐酸腐蚀非等原子比CoCrNi中熵合金及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115074595A CN115074595A (zh) 2022-09-20
CN115074595B true CN115074595B (zh) 2023-04-21

Family

ID=83251481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210633663.1A Active CN115074595B (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种耐酸腐蚀非等原子比CoCrNi中熵合金及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115074595B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117904512A (zh) * 2024-03-19 2024-04-19 北京科技大学 一种超耐蚀高熵合金及制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113385681A (zh) * 2021-05-07 2021-09-14 上海工程技术大学 一种CoCrNi中熵合金及其雾化制粉法制取工艺

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101910744B1 (ko) * 2017-07-26 2018-10-22 포항공과대학교 산학협력단 극저온 특성이 우수한 중엔트로피 합금
CN110157970B (zh) * 2019-06-11 2021-01-05 沈阳航空航天大学 一种高强塑积CoCrNi中熵合金及其制备方法
CN111188034A (zh) * 2019-12-20 2020-05-22 上海交通大学 一种低温性能良好的耐蚀中熵合金激光熔覆涂层制备方法
CN111394636B (zh) * 2020-03-24 2021-06-15 太原理工大学 具有马氏体相变的高强度大塑性高熵合金及其制备方法
CN112725678B (zh) * 2020-12-14 2022-05-17 中南大学 一种含NiCoCr的非等原子比中/高熵合金及其制备方法
CN114045535A (zh) * 2021-11-23 2022-02-15 上海大学 一种CoCrNi中熵合金制备方法
CN114293085B (zh) * 2021-12-07 2022-06-21 北京科技大学 一种耐酸腐蚀的Al-Nb-Ti-Zr-Si系高熵合金

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113385681A (zh) * 2021-05-07 2021-09-14 上海工程技术大学 一种CoCrNi中熵合金及其雾化制粉法制取工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN115074595A (zh) 2022-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113025865B (zh) 一种AlCoCrFeNi系双相组织高熵合金制备方法
CN111139391B (zh) 沉淀强化型高熵合金及其制备工艺
CN111334698B (zh) 一种含调控调幅分解组织且生成硬质相的耐磨高熵合金及其制备方法
CN115074595B (zh) 一种耐酸腐蚀非等原子比CoCrNi中熵合金及其制备方法
CN111850375B (zh) 一种纳米析出强化型高强高塑性多元合金及其制备方法
WO2015142804A1 (en) High strength, homogeneous copper-nickel-tin alloy and production process
CN114774752B (zh) 一种高强高韧TiZrNbMoV难熔高熵合金及其制备方法
CN112176219A (zh) 一种Ti-Al-Nb-Zr-Mo耐腐蚀钛合金及其制备方法
CN112226647A (zh) 一种高强韧耐蚀锆钛钒合金及其制备方法
CN113373366A (zh) 一种多元难熔高熵合金及其制备方法
JP2021529262A (ja) 高硬度・高導電性Ｃｕ−Ａｇ−Ｓｃ合金及びその製造方法
CN113403520B (zh) 一种三元难熔中熵合金及其制备方法
CN112553517B (zh) 一种耐磨CrMoNiTaHfW高熵合金制备方法与工艺
Chen et al. Effect of addition of Ni and Si on the microstructure and mechanical properties of Cu–Zn alloys
CN116891969A (zh) 一种原位生成碳化物增强Nb-Mo-Ta-W-M-C高温共晶高熵合金及其制备方法
CN113549805A (zh) 一种ZrTiNbAlTa低中子吸收截面难熔高熵合金及其制备方法
CN113564418A (zh) 一种耐腐蚀钛合金及其制备方法
CN104164578B (zh) 一种低模量、高抗腐蚀三元Ni-Ti-Cu合金及其制备方法
CN115404385B (zh) 一种有优异室温拉伸延展性的难熔高熵合金及其制备方法
CN108467984B (zh) 一种五元高熵合金Cu0.5FeNiVAlx及其强度硬度提升方法
CN114293085B (zh) 一种耐酸腐蚀的Al-Nb-Ti-Zr-Si系高熵合金
CN113584371A (zh) 一种具有桁架结构的析出强化型高熵合金及其制备方法
CN115109965B (zh) 一种高塑性多晶TiAl合金及其制备方法
CN115821114B (zh) 一种高强韧耐蚀锆银二元合金及其制备方法
CN117535574A (zh) 一种高强韧、耐酸蚀、抗氢脆的AlCoCrFeNi2双相高熵合金及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant