CN116145003A - 一种FeCrNiMn高熵合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于高熵合金材料技术领域，具体涉及一种FeCrNiMn高熵合金材料及其制备方法。该FeCrNiMn高熵合金材料，包括：Fe元素、Cr元素、Ni元素和Mn元素；其中，各元素的原子比具体为：20％≤Fe≤60％；15％≤Cr≤30％；10％≤Ni≤30％；5％≤Mn≤20％。该FeCrNiMn高熵合金材料不仅具有良好的抗腐蚀、抗辐照性能，且具有抗氢脆的能力，能有效提高基体材料的相关性能，从而延长基体材料的服役寿命。
Description
技术领域
本申请属于高熵合金材料技术领域，具体涉及一种FeCrNiMn高熵合金材料及其制备方法。
背景技术
高熵合金(High Entropy Alloys，HEAs)，即多主元高混乱度合金，多主元高熵值这一特性使其体现“集体特色”并倾向于混乱排列，从而易于形成简单物相。自2004年正式提出后，因其具有高熵效应、晶格畸变效应、扩散缓慢效应、“鸡尾酒”效应及组织上的高稳定性是高熵合金的典型特征，从而使高熵合金在性能上表现出高强度、高韧性、高耐磨、高耐蚀等特点，该合金已被誉为近年来最具发展潜力的新材料之一。高熵合金制备方法很丰富，如真空电弧熔炼、真空感应熔炼、激光熔覆法、磁控溅射法、机械合金化法、以及增材制造方法等，制备成本较高。
发明内容
本申请目的是提供一种FeCrNiMn高熵合金材料及其制备方法，解决现有技术中高熵合金的制备成本高的问题。
实现本申请目的的技术方案：
本申请实施例提供了一种FeCrNiMn高熵合金材料，包括：Fe元素、Cr元素、Ni元素和Mn元素；其中，各元素的原子比具体为：
20％≤Fe≤60％；15％≤Cr≤30％；10％≤Ni≤30％；5％≤Mn≤20％。
可选的，所述的FeCrNiMn高熵合金材料为在金属材料表面制备的膜，厚度为60μm～300μm。
可选的，所述金属材料为高温高压环境用不锈钢。
本申请实施例还提供了一种FeCrNiMn高熵合金材料制备方法，用于制备上述实施例提供的任一种FeCrNiMn高熵合金材料；所述方法，包括：
步骤一、按照预设的比例配置FeCrNiMn高熵材料，并熔炼成合金体材料；
步骤二、利用合金体材料，采用旋转电极制粉的工艺获得球形FeCrNiMn高熵合金粉末；
步骤三、采用电子束熔覆的方法，在工件表面利用球形FeCrNiMn高熵合金粉末制备FeCrNiMn高熵膜材料。
可选的，所述旋转电极制粉的具体参数为：电机主轴转速为12000～18000r/min，钨极枪加载电流为1000～1600A。
可选的，所述电子束熔覆具体参数为：电流为11～12mA，扫描速率为1.0～1.5mm/s。
可选的，所述工件为高温高压环境用不锈钢。
可选的，所述高温高压环境用不锈钢为316L不锈钢、310S不锈钢或P92不锈钢。
本申请的有益技术效果在于：
本申请实施例提供的一种FeCrNiMn高熵合金材料及其制备方法，通过在传统金属材料表面制备一层高熵膜层，不仅可有效降低高熵合金的制备成本，且可提高基体材料的耐高温氧化等性能，拓展了高熵合金材料的应用范围，提高了高熵涂层在极端环境下的适应性。FeCrNiMn高熵合金材料不仅具有良好的抗腐蚀、抗辐照性能，且具有抗氢脆的能力，能有效提高基体材料的相关性能，从而延长基体材料的服役寿命。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种FeCrNiMn高熵合金材料制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚-完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本申请实施例中的一部分，而不是全部。基于本申请记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本申请保护的范围内。
本申请实施例提供的一种FeCrNiMn高熵合金材料，包括：Fe元素、Cr元素、Ni元素和Mn元素；其中，各元素的原子比具体为：
20％≤Fe≤60％；15％≤Cr≤30％；10％≤Ni≤30％；5％≤Mn≤20％。
在一个例子中，所述的FeCrNiMn高熵合金材料为在金属材料表面制备的膜，厚度为60μm～300μm。
在另一个例子中，所述金属材料为高温高压环境用不锈钢。例如，316L不锈钢，310S不锈钢，P92不锈钢等。
本申请实施例提供的一种FeCrNiMn高熵合金材料，不仅具有良好的抗腐蚀、抗辐照性能，且具有抗氢脆的能力，能有效提高基体材料的相关性能，从而延长基体材料的服役寿命。
基于上述实施例提供的一种FeCrNiMn高熵合金材料，本申请实施例还提供了一种用于制备上述实施例提供的任一种FeCrNiMn高熵合金材料的FeCrNiMn高熵合金材料制备方法。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种FeCrNiMn高熵合金材料制备方法的流程示意图。
本申请实施例提供的一种FeCrNiMn高熵合金材料制备方法，包括：
步骤一、按照预设的比例配置FeCrNiMn高熵材料，并熔炼成合金体材料；
步骤二、利用合金体材料，采用旋转电极制粉的工艺获得球形FeCrNiMn高熵合金粉末；
步骤三、采用电子束熔覆的方法，在工件表面利用球形FeCrNiMn高熵合金粉末制备FeCrNiMn高熵膜材料。
在一个例子中，所述旋转电极制粉的具体参数为：电机主轴转速为12000～18000r/min，钨极枪加载电流为1000～1600A。
在另一个例子中，所述电子束熔覆具体参数为：电流为11～12mA，扫描速率为1.0～1.5mm/s。
作为一个示例，所述工件为高温高压环境用不锈钢。例如，所述高温高压环境用不锈钢为316L不锈钢、310S不锈钢或P92不锈钢。
实施例一：
以耐热钢P92为工件进行制备，加工成合适大小的尺寸，并利用280#、600#、1000#砂纸逐级打磨，然后利用无水乙醇、去离子水冲洗干净。
步骤一、按照原子比为Fe：20％、Cr：30％、Ni：30％、Mn：20％的比例配置FeCrNiMn高熵材料，并熔炼成合适尺寸的合金体材料；
步骤二、利用该合金体材料，采用旋转电极制粉的工艺为电机主轴转速为12000r/min，钨极枪加载电流为1000A，获得球形FeCrNiMn高熵合金粉末；
步骤三、电子束熔覆的工艺为电流为11mA，扫描速率为1.0mm/s，利用球形FeCrNiMn高熵合金粉末在工件表面制备FeCrNiMn高熵膜材料。
本实施例制备的FeCrNiMn高熵膜的厚度为：60μm。
实施例二：
以316L不锈钢为工件进行制备，加工成合适大小的尺寸，并利用280#、600#、1000#砂纸逐级打磨，然后利用无水乙醇、去离子水冲洗干净。
步骤一、按照原子比为Fe：40％、Cr：24％、Ni：16％、Mn：20％的比例配置FeCrNiMn高熵材料，并熔炼成合适尺寸的合金体材料；
步骤二、利用该合金体材料，采用旋转电极制粉的工艺为电机主轴转速为16000r/min，钨极枪加载电流为1300A，获得球形FeCrNiMn高熵合金粉末；
步骤三、电子束熔覆的工艺为电流为11.5mA，扫描速率为1.2mm/s，利用球形FeCrNiMn高熵合金粉末在工件表面制备FeCrNiMn高熵膜材料。
本实施例制备的FeCrNiMn高熵膜的厚度为：190μm。
实施例三：
以310S不锈钢为工件进行制备，加工成合适大小的尺寸，并利用280#、600#、1000#砂纸逐级打磨，然后利用无水乙醇、去离子水冲洗干净。
步骤一、按照原子比为Fe：60％、Cr：15％、Ni：10％、Mn：15％的比例配置FeCrNiMn高熵材料，并熔炼成合适尺寸的合金体材料；
步骤二、利用该合金体材料，采用旋转电极制粉的工艺为电机主轴转速为18000r/min，钨极枪加载电流为1600A，获得球形FeCrNiMn高熵合金粉末；
步骤三、电子束熔覆的工艺为电流为12mA，扫描速率为1.5mm/s，利用球形FeCrNiMn高熵合金粉末在工件表面制备FeCrNiMn高熵膜材料。
本实施例制备的FeCrNiMn高熵膜的厚度为：300μm。
实施例四：
以商用310S进行试验，加工成合适大小的尺寸，并利用280#、600#、1000#砂纸逐级打磨，然后利用无水乙醇、去离子水冲洗干净。
步骤一、按照原子比为Fe：60％、Cr：15％、Ni：20％、Mn：5％的比例配置FeCrNiMn高熵材料，并熔炼成合适尺寸的合金体材料；
步骤二、利用该合金体材料，采用旋转电极制粉的工艺为电机主轴转速为18000r/min，钨极枪加载电流为1600A，获得球形FeCrNiMn高熵合金粉末；
步骤三、电子束熔覆的工艺为电流为12mA，扫描速率为1.5mm/s，用球形FeCrNiMn高熵合金粉末在工件表面制备FeCrNiMn高熵膜材料。
本实施例制备的FeCrNiMn高熵膜的厚度为：300μm。
本申请实施例提供的一种FeCrNiMn高熵合金材料及其制备方法，通过FeCrNiMn合金的设计，并制备FeCrNiMn合金粉末，采用电子束熔覆的工艺，制备了FeCrNiMn高熵膜材料，提高了高熵膜材料与基体的结合强度、耐磨性和硬度，增加其使用寿命。具有成本低、易操作，还可应用于制备其他高温部件的防护涂层。
上面结合附图和实施例对本申请作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。本申请中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (8)
1.一种FeCrNiMn高熵合金材料，其特征在于，包括：Fe元素、Cr元素、Ni元素和Mn元素；其中，各元素的原子比具体为：
20％≤Fe≤60％；15％≤Cr≤30％；10％≤Ni≤30％；5％≤Mn≤20％。
2.根据权利要求1所述的FeCrNiMn高熵合金材料，其特征在于，所述的FeCrNiMn高熵合金材料为在金属材料表面制备的膜，厚度为60μm～300μm。
3.根据权利要求2所述的FeCrNiMn高熵合金材料，其特征在于，所述金属材料为高温高压环境用不锈钢。
4.一种FeCrNiMn高熵合金材料制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-3任一项所述的FeCrNiMn高熵合金材料；所述方法，包括：
步骤一、按照预设的比例配置FeCrNiMn高熵材料，并熔炼成合金体材料；
步骤二、利用合金体材料，采用旋转电极制粉的工艺获得球形FeCrNiMn高熵合金粉末；
步骤三、采用电子束熔覆的方法，在工件表面利用球形FeCrNiMn高熵合金粉末制备FeCrNiMn高熵膜材料。
5.根据权利要求4所述的FeCrNiMn高熵合金材料制备方法，其特征在于，所述旋转电极制粉的具体参数为：电机主轴转速为12000～18000r/min，钨极枪加载电流为1000～1600A。
6.根据权利要求4所述的FeCrNiMn高熵合金材料制备方法，其特征在于，所述电子束熔覆具体参数为：电流为11～12mA，扫描速率为1.0～1.5mm/s。
7.根据权利要求1-4任一项所述的FeCrNiMn高熵合金材料制备方法，其特征在于，所述工件为高温高压环境用不锈钢。
8.根据权利要求7所述的FeCrNiMn高熵合金材料制备方法，其特征在于，所述高温高压环境用不锈钢为316L不锈钢、310S不锈钢或P92不锈钢。
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