基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒及制备方法技术

本发明专利技术属于金属材料领域，并具体公开了基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒及其制备方法。该高熵合金晶粒由摩尔量之比为

【技术实现步骤摘要】
基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒及制备方法
本专利技术属于金属材料领域，更具体地，涉及基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒及制备方法。
技术介绍
高熵合金是在20世纪90年代由中国台湾学者叶均蔚率先提出的一种新颖的合金设计理念，其理念区别于传统合金，极大地丰富了合金材料的研究内容，其要求合金中每种合金元素原子所占摩尔百分数都在5％以上，故也称为多主元高熵合金。目前，现有技术主要研究的是高熵合金的制备方法、微观组织、性能、元素对合金组织及机械性能的影响和热处理条件下组织与性能的变化等。但是总体而言，目前对高熵合金的研究还处于初级阶段。铬铁钴镍高熵合金具有优异的塑性，但其铸造合金由粗大的柱状晶组成，导致强度偏低并存在明显的各向异性，阻碍了其作为结构材料的实际应用。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本专利技术提供了基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒及制备方法，其中该高熵合金晶粒由Cr、Co、Fe、Ni四种元素及细化元素(C、Ti或Nb)组成，基体为面心立方结构，其强度较基体CrCoFeNi高熵合金提升超过一倍，屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥650Mpa，塑性应变≥35％，与现有的铸造高熵合金相比，具有极好的塑性强度结合较高的强度，并且具有各向同性的特点。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒，该高熵合金晶粒由摩尔量之比为的铬、铁、钴、镍以及细化元素组成，其中所述细化元素为碳、钛或铌，x的取值为2～7。作为进一步优选地，当所述细化元素为碳时，x的取值为2～3；当所述细化元素为钛时，x的取值为5～7；当所述细化元素为铌时，x的取值为4～6。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒的制备方法，该方法包括如下步骤：S1将摩尔量之比为的铬、铁、钴、镍以及细化元素按照熔点由低到高的顺序依次放入反应器中，从而保证熔点最低的元素置于最下方，其中细化元素为碳、钛或铌，x的取值为2～7；S2在氩气气氛下进行电弧熔炼，并在熔炼过程中保持搅拌使原料混合均匀，冷却后得到预制锭；S3对所述预制锭进行滴铸以制得所述基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒。作为进一步优选地，当所述细化元素为碳时，x的取值为2～3；当所述细化元素为钛时，x的取值为5～7；当所述细化元素为铌时，x的取值为4～6。作为进一步优选地，当细化元素为碳时，采用碳化铬粉末的形式添加，并将其包埋于其他金属当中。作为进一步优选地，步骤S2中，最大熔炼电流不超过600A，单次熔炼时间不少于2分钟，熔炼次数不少于5次。作为进一步优选地，步骤S2中，熔炼时施加横向涡流磁场，进而通过电磁搅拌使原料混合均匀，所述横向涡流磁场的电流强度不超过20A。作为进一步优选地，步骤S2中，采用非自耗高真空电弧炉进行熔炼。作为进一步优选地，步骤S3中，滴铸时最大电流不超过1000A。作为进一步优选地，步骤S3中，滴铸时使用铜模铸型、钢模铸型或氧化物铸型。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术提供了一种基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒，其由Cr、Co、Fe、Ni四种元素及细化元素(C、Ti或Nb)组成，基体为面心立方结构，其强度较基体CrCoFeNi高熵合金提升超过一倍，屈服强度≥350MPa，抗拉强度≥650Mpa，塑性应变≥35％，与现有的铸造高熵合金相比，本专利技术提供的合金化高熵合金基体组织呈现为细小的等轴晶组织，展现了极好的塑性强度结合较高的强度，并且具有各向同性的特点；2.同时，本专利技术提供的基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒的制备方法中，采用电弧熔炼加搅拌的方式可以使基体金属元素分布更加均匀，进而保证获得的组织晶粒细小均匀、偏析减少，有效提升高熵合金晶粒的综合性能；3.此外，本专利技术通过对制备过程中的各个参数进行优化，能够在细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒的同时增加抗拉强度并保持较高的塑性。附图说明图1是本专利技术实施例1制得的(CrFeCoNi)-3at.％C高熵合金的SEM图；图2是本专利技术实施例2制得的(CrFeCoNi)-5at.％Nb高熵合金的SEM图；图3是本专利技术实施例3制得的(CrFeCoNi)-5at.％Ti高熵合金的SEM图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术实施例提供了一种基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒，该高熵合金晶粒由摩尔量之比为的铬、铁、钴、镍以及细化元素组成，其中细化元素为碳、钛或铌，x的取值为2～7，所有组成元素所采用的原料纯度均在99.9％以上，除碳化铬为粉末状外，其余原料均为块状固体；进一步，当细化元素为碳时，x的取值为2～3；当细化元素为钛时，x的取值为5～7；当细化元素为铌时，x的取值为4～6，从而在细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒的同时，增加抗拉强度并保持较高的塑性。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒的制备方法，该方法包括如下步骤：S1将摩尔量之比为的铬、铁、钴、镍以及细化元素按照熔点由低到高的顺序依次放入水冷金属铜坩埚中，从而保证熔点最低的元素置于最下方，熔点最高的元素置于最上方，其中细化元素为碳、钛或铌，x的取值为2～7；S2抽真空到小于2×10-2Pa，然后充入氩气气体到约为5×104Pa，重复此操作2次，并且在引弧前先熔炼一块纯钛以吸收残余空气从而获得高纯净的熔炼氛围；然后在氩气气氛下进行电弧熔炼，并在熔炼过程中保持搅拌使原料混合均匀，冷却后得到预制锭；S3对预制锭进行滴铸以制得基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒。进一步，当细化元素为碳时，x的取值为2～3；当细化元素为钛时，x的取值为5～7；当细化元素为铌时，x的取值为4～6，从而在细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒的同时，增加抗拉强度并保持较高的塑性。当细化元素为碳时，采用碳化铬粉末的形式添加，并将其包埋于其他金属当中，防止被气流吹走。进一步，步骤S2中，采用非自耗高真空电弧炉进行熔炼，熔炼时最大熔炼电流不超过600A，避免造成元素的烧损；单次熔炼时间不少于2分钟，熔炼次数不少于5次，保证成分混合均匀；熔炼时施加横向涡流磁场，进而通过电磁搅拌使原料混合均匀，同时保证横向涡流磁场的电流强度不超过20A，避免原料飞溅。进一步，步骤S3中，滴铸时最大电流不超过1000A；滴铸时使用铜模铸型、钢模铸型或氧化物铸型，模具材料类型具有多样性，可以制备出多种所需尺寸的小型铸锭(件)，具有便捷快速易实施的特点。下面根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒，其特征在于，该高熵合金晶粒由摩尔量之比为

【技术特征摘要】
1.一种基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒，其特征在于，该高熵合金晶粒由摩尔量之比为x的铬、铁、钴、镍以及细化元素组成，其中所述细化元素为碳、钛或铌，x的取值为2～7。


2.如权利要求1所述的基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒，其特征在于，当所述细化元素为碳时，x的取值为2～3；当所述细化元素为钛时，x的取值为5～7；当所述细化元素为铌时，x的取值为4～6。


3.一种基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1将摩尔量之比为x的铬、铁、钴、镍以及细化元素按照熔点由低到高的顺序依次放入反应器中，从而保证熔点最低的元素置于最下方，其中细化元素为碳、钛或铌，x的取值为2～7；
S2在氩气气氛下进行电弧熔炼，并在熔炼过程中保持搅拌使原料混合均匀，冷却后得到预制锭；
S3对所述预制锭进行滴铸以制得所述基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒。


4.如权利要求3所述的基于合金化法细化铬铁钴镍基高熵合金晶粒的制备方法，其特征在于，当所述细化元素为碳时，x的取值为2～3；当所述细化元素为钛时，x的取值为5～7；当所述细化元素为铌时，x的取值为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鑫旺，谢伦杰，刘磊，蒋文明，樊自田，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42