一种含B2初生相的偏共晶高熵合金及其制备方法

摘要

本发明公开了一种含B2初生相的偏共晶高熵合金及其制备方法，所述合金的通式按原子百分比表达为：Al

说明书

技术领域

本发明属于共晶高熵合金领域，尤其涉及一种含B2初生相的偏共晶高熵合金及其制备方法。

背景技术

共晶高熵合金结合了传统共晶合金和高熵合金的优势，具有优异的综合力学性能，是目前的研究热点之一。AlCoCrFeNi

然而，目前对AlCoCrFeNi

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种含B2初生相的偏共晶高熵合金及其制备方法，该偏共晶高熵合金结构特殊，加工硬化能力显著，兼具较高的强度和良好的塑性，而且制备方法简单，绿色低碳，无需后续热机械处理，铸态即具有优良的综合力学性能，具有广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种含B2初生相的偏共晶高熵合金，所述合金的通式按原子百分比表达为：Al

其中，a为16～20，b为16～20，c为16～20，d为0～10，e为36～42，a+b+c+d+e＝100。

所述合金的微观组织主要由初生B2相和包含B2相与FCC相的共晶组织组成，其中，所述初生B2相呈等轴树枝晶状，且在所述初生B2相的周侧有FCC相晕圈围绕。

基于相同的发明构思，本发明还提供了一种含B2初生相的偏共晶高熵合金的制备方法，包括：

S1：配料：按照合金通式进行配料，在称取原材料之前，先对原材料表面进行打磨、清洗、干燥；

S2：熔炼：将原材料放置在真空炉内，抽真空并充入保护气体进行熔炼，得到铸锭；

S3：落铸：将铸锭置于长条形的模具上，对铸锭进行加热，铸锭完全熔化后落至模具中，冷却后脱模后得到所述的含B2初生相的偏共晶高熵合金。

优选地，所述步骤S1中所述打磨是将原材料表面的氧化膜用钢丝刷或砂轮机打磨去除。

优选地，所述清洗是在无水乙醇中超声清洗，清洗时间为100～200s。

优选地，所述步骤S1中原材料中铝纯度大于99.5wt％，钴纯度大于99.9wt％，铬纯度大于99.9wt％，铁纯度大于99.9wt％，镍纯度大于99.9wt％。

优选地，所述步骤S2具体包括：

S201：将原材料放置在真空炉内，抽真空到5×10

S202：熔炼合金前，先熔化预置在真空炉内的钛锭以消耗炉内的残留氧气，然后再对合金原材料进行熔炼，熔炼完成后将铸锭翻转，重复熔炼多次，得到最终铸锭。

优选地，所述步骤S2和步骤S3中均是在非自耗真空电弧炉中进行引弧熔炼。

优选地，所述步骤S202中对合金原材料进行熔炼时，熔炼电流为300～350A，每次熔炼时间至少1min。

优选地，所述步骤S3中铸锭的熔炼电流为300～350A。

优选地，所述步骤S2中保护气体为氩气。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明的偏共晶高熵合金通过调整铁的含量，得到偏共晶高熵合金，合金微观结构具有初生B2相，以及B2相和FCC相的共晶组织，且在初生B2相的周围有FCC相晕圈，虽然具有较多硬脆B2相，但最终得到的共熵合金加工硬化能力显著，兼具较高的强度和良好的塑性。

本发明的偏共晶高熵合金无需后续热机械处理，铸态即可达到较高的强度和良好的塑性，制备方式简单，低碳环保。

附图说明

图1为本发明实施例1中制备的Al

图2为本发明实施例1中制备的Al

图3为本发明实施例2中制备的Al

图4为本发明实施例2中制备的Al

图5为本发明对比例1中制备的Al

图6为本发明对比例1中制备的Al

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种含B2初生相的偏共晶高熵合金及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。

一种含B2初生相的偏共晶高熵合金，所述合金的通式按原子百分比表达为：Al

其中，a为16～20，b为16～20，c为16～20，d为0～10，e为36～42，a+b+c+d+e＝100。

所述合金的微观组织由初生B2相和包含B2相与FCC相的共晶组织组成，其中，所述初生B2相呈等轴树枝晶状，且在所述初生B2相的周侧有FCC相晕圈围绕。

目前AlCoCrFeNi

本发明还提供了上述含B2初生相的偏共晶高熵合金的制备方法，包括：

S1：配料：按照合金通式进行配料，在称取原材料之前，先对原材料表面进行打磨、清洗、干燥；

S2：熔炼：将原材料放置在真空炉内，抽真空并充入保护气体进行熔炼，得到铸锭；

S3：落铸：将铸锭置于长条形(长方体或圆柱体)的铜模具上，对铸锭进行加热，铸锭完全熔化后在重力的作用下落至铜模具中，冷却后脱模后得到所述的含B2初生相的偏共晶高熵合金。

作为本发明的一个实施方案，所述步骤S1中所述打磨是将原材料表面的氧化膜用钢丝刷或砂轮机打磨去除。

作为本发明的一个实施方案，所述清洗是在无水乙醇中超声清洗，清洗时间为100～200s。

作为本发明的一个实施方案，所述步骤S1中原材料中铝纯度大于99.5wt％，钴纯度大于99.9wt％，铬纯度大于99.9wt％，铁纯度大于99.9wt％，镍纯度大于99.9wt％，采用电子天平称取原材料，误差控制在±0.001g。

作为本发明的一个实施方案，所述步骤S2具体包括：

S201：将原材料放置在真空炉内，抽真空到5×10

S202：熔炼合金前，先熔化预置在真空炉内的钛锭以消耗炉内的残留氧气，由于钛高温非常活泼，目的是进一步消耗氧；然后再对合金原材料进行熔炼，熔炼完成后将铸锭翻转，重复熔炼多次，以确保得到最终铸锭成分的均匀性。

作为本发明的一个实施方案，所述步骤S2和步骤S3中均是在非自耗真空电弧炉中进行引弧熔炼。

作为本发明的一个实施方案，所述步骤S202中对合金原材料进行熔炼时，熔炼电流为300～350A，每次熔炼时间至少1min。

作为本发明的一个实施方案，所述步骤S3中铸锭的熔炼电流为300～350A。

作为本发明的一个实施方案，所述步骤S2中保护气体为氩气。本发明的合金中诸如铝和铁极易容易氧化，因此在熔炼过程中保持炉腔内高真空状态，而且采用像氩气类的惰性气体进行保护。

以下以具体的实施方式解释本发明

实施例中的所用原料均可从商业渠道获得

实施例1

本实施例公开了一种含B2初生相的偏共晶高熵合金，其化学式Al

上述Al

(1)配料：准备纯度不低于99.95％的Al、Co、Cr、Ni金属原料，用打磨机除去原料表面氧化物，将打磨好的原料置于酒精中进行超声清洗100s，随后取出吹干；

按照48g的总质量和19.61:19.61:19.61:41.17的摩尔比计算并称取出Al、Co、Cr、Ni等原料，每种原料的称量误差控制在±0.001g；

(2)熔炼：将步骤(1)中称取的原料混合后置于真空非自耗电弧炉的水冷铜坩埚中，关闭炉门，抽真空至5×10

起弧后，首先熔炼钛锭以吸收炉内残留氧气，随后对合金原料进行熔炼，熔炼电流为300～350A，熔炼时间为1min，熔炼完成后将铸锭翻转，重复熔炼4次以确保铸锭成分的均匀性；

(3)落铸：将步骤(3)中所得的铸锭置于长方形铜模上，铜模内部尺寸为10mm×10mm×100mm，起弧后将电流调至300～350A，对铸锭进行加热，铸锭完全熔化后在重力作用下落铸至铜模内，冷却后除模得到所述含B2初生相的偏共晶高熵合金。

图1展示了Al

实施例2：

本实施例公开了一种含B2初生相的偏共晶高熵合金，其化学式Al

上述Al

(1)配料：准备纯度不低于99.95％的Al、Co、Cr、Fe、Ni等金属原料，用打磨机除去原料表面氧化物，将打磨好的原料置于酒精中进行超声清洗，随后取出吹干；

按照48g的总质量和17.86:17.86:17.86:8.93:37.49的摩尔比计算并称取出Al、Co、Cr、Fe、Ni等原料，每种原料的称量误差控制在±0.001g；

(2)熔炼：将步骤(1)中称取的原料混合后置于真空非自耗电弧炉的水冷铜坩埚中，关闭炉门，抽真空至5×10

起弧后，首先熔炼钛锭以吸收炉内残留氧气，随后对合金原料进行熔炼，熔炼电流为300～350A，熔炼时间为1min，熔炼完成后将铸锭翻转，重复熔炼4次以确保铸锭成分的均匀性；

(3)落铸：将步骤(2)中所得的铸锭置于长方形铜模上，铜模内部尺寸为10mm×10mm×100mm，起弧后将电流调至300～350A，对铸锭进行加热，铸锭完全熔化后在重力作用下落铸至铜模内，冷却后除模得到所述含B2初生相的偏共晶高熵合金。

图3展示了Al

对比例

共晶高熵合金Al

上述的共晶高熵合金Al

(1)配料：准备纯度不低于99.95％的Al、Co、Fe、Cr、Ni等金属原料，用打磨机除去原料表面氧化物，将打磨好的原料置于酒精中进行超声清洗，随后取出吹干；

按照48g的总质量和16.39:16.39:16.39:16.39:34.44的摩尔比计算并称取出Al、Co、Fe、Cr、Ni等原料，每种原料的称量误差控制在±0.001g；

(2)熔炼：将步骤(1)中称取的原料混合后置于真空非自耗电弧炉的水冷铜坩埚中，关闭炉门，抽真空至5×10

起弧后，首先熔炼钛锭以吸收炉内残留氧气，随后对合金原料进行熔炼，熔炼电流为300～350A，熔炼时间为1min，熔炼完成后将铸锭翻转，重复熔炼4次以确保铸锭成分的均匀性；

(3)落铸：将步骤(2)中所得的铸锭置于长方形铜模上，铜模内部尺寸为10mm×10mm×100mm，起弧后将电流调至300～350A，对铸锭进行加热，铸锭完全熔化后在重力作用下落铸至铜模内，冷却后除模得到所述含B2初生相的偏共晶高熵合金。

图5展示了Al

实施例1、实施例2与对比例相比，共晶高熵合金中只有共晶组织，而本申请的偏共晶高熵合金中既含有共晶组织，也含有初生B2相，力学性能方面虽然屈服强度变化不大，但是抗拉强度有了提升，且加工硬化能力较强。

说明本发明得到的偏共晶合金虽然具有较多硬脆B2相，但加工硬化能力显著，兼具较高的强度和良好的塑性；无需后续热机械处理，铸态即可达到较高的强度和良好的塑性。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明做出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。