一种提高Al制造技术

本发明专利技术提出了一种提高Al

【技术实现步骤摘要】
一种提高AlxCoCrFeNi高熵合金高温服役性能的方法
本专利技术涉及合金表面改性处理
，尤其涉及一种提高AlxCoCrFeNi高熵合金高温服役性能的方法。
技术介绍
高熵合金(HEA)粗略地定义为包含至少五个主要元素且原子百分比(at.％)近似相等的固溶合金。高熵合金的使用为开发具有独特性能的先进材料开辟了一条新途径，它的独特之处在于它们倾向于形成具有简单晶体结构的固溶体相[面心立方(FCC)和/或体心立方(BCC)]。有人提出在HEA中存在常规合金中未见的重大多元素效应，例如高熵，缓慢扩散，晶格畸变和鸡尾酒效应。此外，HEA表现出良好的耐磨性，优异的耐腐蚀和抗氧化性，低电导率，低热导率和低热膨胀系数。然而随着现代工业的发展，日益复杂的服役工况对合金材料的综合性能提出了更高的要求，积极探求合金在高温上的应用成为了热门话题。有研究表明，HEAs具有替代镍基高温合金作为下一代高温材料的潜力。特别是，具有较高Al含量的五元高熵合金AlxCoCrFeNi(x＝0.1，0.5，1)由于优异的高温抗氧化性能而备受关注，一般认为，金属表面形成连续致密且稳定生长的氧化膜，标志着其具有较高的抗氧化性能。而金属表面组织和成分的均匀程度，是氧化膜能够连续且致密生长的先行条件，因此优先考虑的应该是在最开始阶段的制备方法。真空熔炼法是大多数研究者制备高熵合金所采用的方法，真空电弧熔炼的优势在于熔炼温度较高，制备成本低，但是由于铸造过程中的热膨胀和冷凝易使铸态合金出现内应力大、成分偏析等性能上的缺陷，因此需要开发出新的制备技术或对产品表面进行改性。激光表面重熔(LSM)是近年来出现的一种先进载能束表面改性技术，是在激光束的热作用下改变基体材料的相组成和结构，可以对表面下薄层中的结构进行重大改性，并且对材料的内部影响较小。表面熔化后可得到细晶组织、非晶态和亚稳相，低的气孔率和光滑的表面。例如，贾倩倩等人在纯钛表面制备Al/Ni组合涂层，并对涂层进行激光重熔处理，发现重熔处理后的涂层经高温氧化后，Ni2Al3相的含量有所减少且结构疏松，而NiAl相则稳定存在并最终形成了具有一定厚度的区域，激光重熔处理后的Ni/Al组合涂层对Ti基体起到了较好的抗高温氧化作用(“钛表面激光重熔Al/Ni组合涂层的组织及其抗氧化性能”，贾倩倩，钛工业进展，2019年)。Chen等人研究了不同的双相高熵合金AlxCoCrFeNi，表明在激光表面重熔处理后获得了很好的表面均匀性(“简单相高熵合金AlxCoCrFeNi(0≤x≤2)之抗高温氧化性能研究”，ChenTJ，清华大学材料工程系学位论文，2019年)。因此，LSM技术是一种有前景的表面改性方法，研究其对于AlxCoCrFeNi(x＝0.1，0.5，1)高熵合金的作用有很重要的应用价值。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种提高AlxCoCrFeNi高熵合金高温服役性能的方法，其可以用于改善AlxCoCrFeNi高熵合金的表面性能，延长了该高熵合金在高温服役环境下的寿命，尤其是抗高温氧化性。本专利技术提出的一种提高AlxCoCrFeNi高熵合金高温服役性能的方法，包括：对AlxCoCrFeNi高熵合金进行激光表面重熔处理，直至在所述高熵合金表面形成重熔层。优选地，所述AlxCoCrFeNi高熵合金中，0.1≤x≤1。优选地，所述“激光表面重熔处理”具体包括：将AlxCoCrFeNi高熵合金固定于载物台上，采用LDF4000-100光纤耦合半导体激光器垂直辐照所述高熵合金表面。优选地，所述激光表面重熔的工艺参数为：激光功率500-750W，波长980-1020nm，扫描速度0.05-0.1m/s，搭接率30-60％，真空度(1-10)×10-3Pa。优选地，在对AlxCoCrFeNi高熵合金进行激光表面重熔处理之前，还包括对AlxCoCrFeNi高熵合金进行打磨，抛光和清洗；优选地，所述打磨采用规格为400、800、1200、1500、2000、3000目的SiC砂纸，所述抛光采用粒径为0.5μm的金刚石膏抛光剂，所述清洗采用丙酮清洗剂。优选地，所述AlxCoCrFeNi高熵合金是采用真空非自耗电弧熔炼方法对原料进行熔炼得到。优选地，所述“真空非自耗电弧熔炼方法”具体包括：将摩尔比x∶1∶1∶1∶1的Al、Co、Cr、Fe、Ni原料放入真空非自耗电弧炉中，采用真空非自耗电弧熔炼方法对该Al、Co、Cr、Fe、Ni原料进行熔炼，待熔炼完成后，将溶锭翻转，再次重复熔炼，得到AlxCoCrFeNi高熵合金钮扣锭。优选地，所述熔炼电流为300-500A，熔炼时间为2-4min，重复熔炼4-5次。本专利技术还提出一种高高温服役性能的AlxCoCrFeNi高熵合金，所述高熵合金的表面包括对AlxCoCrFeNi高熵合金进行激光表面重熔处理后的重熔层。本专利技术中，通过激光重熔时的超高能量将AlxCoCrFeNi高熵合金表面迅速熔化和凝固并形成强改性层，与此同时利用激光表面重熔来改善合金表面致密度，实现细化晶粒并调整残余应力。因此该处理工艺可以显著提高AlxCoCrFeNi高熵合金连续性氧化膜的形成速率及化学稳定性，最终提高合金的高温服役寿命，尤其是抗高温氧化性。此外，本专利技术除了采用激光表面重熔的处理工艺来对AlxCoCrFeNi高熵合金进行处理以外，还结合采用非自耗电弧熔炼法的真空熔炼工艺来制备AlxCoCrFeNi高熵合金，以此保证合金各元素成分均匀分布，此后通过激光重熔处理来调整合金层表面组织结构，如提高致密度、细化晶粒、改善表面粗糙度并调整残余应力，以确保获得表面强化层。与现有技术相比，本专利技术技术方案成本较低、周期短、效率高且操作工艺简单，对AlxCoCrFeNi合金的实际应用有着极其重要的作用。与此同时，本专利技术采用的激光表面重熔法由于不添加任何合金元素，因此熔凝层与材料基体是天然的冶金结合；并且重熔法操作简单，工艺灵活，可以自由控制重熔层深度，其熔层薄，热作用区小，对表面粗糙度和工件尺寸影响不大，甚至可以直接使用。附图说明图1为本专利技术激光表面重熔前后AlxCoCrFeNi高熵合金的表面OM图，(a)Al0.1CoCrFeNi；(b)Al0.5CoCrFeNi；(c)AlCoCrFeNi；(d)laser-treatedAl0.1CoCrFeNi；(e)laser-treatedAl0.5CoCrFeNi；(f)laser-treatedAlCoCrFeNi；图2为本专利技术激光表面重熔前后AlxCoCrFeNi高熵合金的表面SEM图，(a)Al0.1CoCrFeNi；(b)Al0.5CoCrFeNi；(c)AlCoCrFeNi；(d)laser-treatedAl0.1CoCrFeNi；(e)laser-treatedAl0.5CoCrFeNi；(f)laser-treatedAlCoCrFeNi；图3为本专利技术激光表面重熔前后AlxCoCrFeNi高熵合金在氧化10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高Al

【技术特征摘要】
1.一种提高AlxCoCrFeNi高熵合金高温服役性能的方法，其特征在于，包括：对AlxCoCrFeNi高熵合金进行激光表面重熔处理，直至在所述高熵合金表面形成重熔层。


2.根据权利要求1所述提高AlxCoCrFeNi高熵合金高温服役性能的方法，其特征在于，所述AlxCoCrFeNi高熵合金中，0.1≤x≤1。


3.根据权利要求1或2所述提高AlxCoCrFeNi高熵合金高温服役性能的方法，其特征在于，所述“激光表面重熔处理”具体包括：将AlxCoCrFeNi高熵合金固定于载物台上，采用LDF4000-100光纤耦合半导体激光器垂直辐照所述高熵合金表面。


4.根据权利要求1-3任一项所述提高AlxCoCrFeNi高熵合金高温服役性能的方法，其特征在于，所述激光表面重熔的工艺参数为：激光功率500-750W，波长980-1020nm，扫描速度0.05-0.1m/s，搭接率30-60％，真空度(1-10)×10-3Pa。


5.根据权利要求1-4任一项所述提高AlxCoCrFeNi高熵合金高温服役性能的方法，其特征在于，在对AlxCoCrFeNi高熵合金进行激光表面重熔处理之前，还包括对AlxCoCrFeNi高熵合金进行打磨，抛光和清洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕鹏，彭韬，刘子剑，高奇，关庆丰，周岭，蔡杰，张丛林，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32