一种抗氧化增材制造用高熵合金微米丝及其合成方法技术

本发明专利技术属于高熵合金丝材制备技术领域，具体涉及一种抗氧化增材制造用高熵合金微米丝及其合成方法。所述高熵合金成分优选的为Al

【技术实现步骤摘要】
一种抗氧化增材制造用高熵合金微米丝及其合成方法


[0001]本专利技术属于高熵合金丝材制备
，具体涉及一种抗氧化增材制造用高熵合金微米丝及其合成方法。

技术介绍

[0002]高熵合金是一种新型合金体系，该类合金是基于我国学者叶均蔚和英国学者Cantor于2004年各自独立提出的一种新型合金设计理念。高熵合金的一般定义是指由五种或者五种以上元素且每个组元的百分比在5％～35％之间，按照等摩尔或接近等摩尔比组成的固溶体合金。由于其独特的高熵效应，晶格畸变效应，缓慢扩散效应和“鸡尾酒”效应，高熵合金容易形成固溶体，且与传统合金相比高熵合金具有优异的物理化学性能和力学性能，例如高强、高硬、高塑性、抗高温软化、抗辐照、耐磨等，被认为是最具有应用潜力的新型高性能金属结构材料，已经成为国际固体力学和材料科学领域研究的热点。其中，富镍高熵合金具有高强度、高塑性、优异的强塑协调性、高温稳定性等优势，从而受到科研工作者的广泛工作，在军事、重要结构材料、体育器材等领域具有潜在的应用前景。
[0003]高性能的丝材制品对材料的强度和抗疲劳性能提出了极高的要求，目前国内外生产厂家一般采用传统的高碳钢作为生产高性能钢丝绳的原料，其强度是通过大变形量产生得加工硬化实现的，而在此过程其塑性将会大幅度的下降，难以克服高强度与高寿命的无法协调统一的问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种抗氧化增材制造用高熵合金微米丝及其合成方法。
[0005]本专利技术在高温镍、铁和钴合金基础上，引入抗氧化元素Al和Cr元素，选定高熵合金成分为Al
0.5
‑
0.7
CoCr
0.6
‑
0.8
FeNi
2.5
‑
2.7
V
0.2
‑
0.4
，优选的为 Al
0.5
CoCr
0.8
FeNi
2.5
V
0.2
；本专利技术还通过后续退火工艺调控FCC固溶体基体析出L12纳米强化相的析出形貌和性质，从而获得具有优异力学性能的抗氧化增材制造用高熵合金微米丝，拓展了该类高熵合金材料的应用前景。
[0006]优选的，上述抗氧化增材制造用高熵合金微米丝，所述高熵合金微米丝的直径为10～80微米，长度为15～25厘米，具有高达1.5GPa的抗拉强度和3.53％拉伸塑性。
[0007]优选的，上述抗氧化增材制造用高熵合金微米丝，所述高熵合金微米丝在铸态下形成单一FCC固溶体结构，经过高温退火处理后基体仍保持FCC固溶体相结构，并且分布有弥散的L12相。
[0008]本专利技术的另一个目的是提供一种抗氧化增材制造用高熵合金微米丝的合成方法，由纯度均≥99.99％的块状的Al、Co、Cr、Fe、Ni、V熔炼成合金锭，合金锭经过真空吸铸法制成合金棒材，合金棒材再通过真空熔炼铜辊甩丝工艺制成高熵合金微米丝。
[0009]优选的，抗氧化增材制造用高熵合金微米丝的合成方法，所述合成方法还包括退
火工艺：将所述富镍高熵合金微米丝密封于充有0.5个大气压惰性气体的容器中，以10℃/min的速度由室温升温至400
‑
850℃，然后保温退火10min，最后水冷至室温。
[0010]优选的，抗氧化增材制造用高熵合金微米丝的合成方法，所述退火温度为 400℃。
[0011]优选的，抗氧化增材制造用高熵合金微米丝的合成方法，真空吸铸法所用的水冷铜模结构如下：包括熔化腔，所述熔化腔外壁设有加热装置，所述熔化腔的下端连通设有吸阀的上端，所述吸阀的下端连通设置有模型腔的上端，所述模型腔的下端连通有出料口，所述模型腔的外部套设有形状可变的冷却装置；
[0012]所述冷却装置包括位于靠近所述熔化腔的上端固定部、靠近所述出料口的下端固定部、以及位于所述上端固定部和所述下端固定部之间的多个可移动的移动壁，并且所述模型腔与所述上端固定部之间、所述模型腔与下端固定部之间均留有距离，所述上端固定部侧壁设有冷却液进口，所述下端固定部侧壁设有冷却液出口；
[0013]相邻的所述移动壁的边缘之间、所述移动壁与所述上端固定部的边缘之间、所述移动壁与所述下端固定部的边缘之间均通过弹性带连接。
[0014]优选的，抗氧化增材制造用高熵合金微米丝的合成方法，每个所述移动壁的内壁与所述模型腔外壁之间均对应连接一个电动伸缩杆，所述水冷铜模的外部设有控制器和控制面板，所述控制器分别于所有的电动伸缩杆、控制面板以及电源连接。
[0015]优选的，抗氧化增材制造用高熵合金微米丝的合成方法，所述电动伸缩杆垂直于所述模型腔轴向设置；多个所述移动壁分成多组，每组至少包括两个所述移动壁，每组的所述移动壁处于同一高度，所有的所述移动壁之间拼接成壳状结构，所述壳状结构连接在所述上端固定部与所述下端固定部之间，并且将所述熔化腔外部的位于所述上端固定部和所述下端固定部之间的部分包裹，形成冷却腔，所述冷却液进口、所述冷却液出口均与所述冷却腔连通。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0017]1、本专利技术提供的富镍高熵合金微米丝，此高熵合金最佳成分为 Al
0.5
CoCr
0.8
FeNi
2.5
V
0.2
。富镍高熵合金微米丝是在高温镍、铁和钴合金基础上，通过调节金属元素配比从而获得单一FCC固溶体结构得到的金属合金。这类 FCC结构的富镍高熵合金具有成分均匀、无明显宏观偏析且组织稳定等优点，在室温下具优异力学性能和强大的加工硬化能力，对于研究富镍高熵合金体系合金丝在送丝式增材制造领域的开发与应用具有重要的价值。
[0018]2、通过研究发现，本专利技术的富镍高熵合金微米丝其屈服强度和抗拉强度随着退火温度的改变发生了显著的变化，说明该类微米丝可以简单的通过改变退火工艺有效调控微米丝的性能。
[0019]3、本专利技术微米丝制备简单、成本低廉、性能调控简单有效，在投入丝材领域和增材制造领域应用具有极大的潜力。利用本专利技术制备的富镍高熵合金丝作为送丝式增材制造的丝材，有望制备高性能且结构复杂的抗氧化的高熵构件。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1的样品外观(a)和实施例1
‑
5的样品的XRD图谱(b)。
[0021]图2为本专利技术实施例1
‑
5的样品在室温下的拉伸工程应力
‑
应变曲线图。
[0022]图3为本专利技术实施例8的铜模纵向剖面结构一。
[0023]图4为本专利技术实施例8的铜模纵向剖面结构二。
[0024]图5为本专利技术实施例8的铜模横向剖面结构。
具体实施方式
[0025]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明。
[0026]在本专利技术的描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗氧化增材制造用高熵合金微米丝，其特征在于，所述高熵合金微米丝的合金成分为Al
0.5
‑
0.7
CoCr
0.6
‑
0.8
FeNi
2.5
‑
2.7
V
0.2
‑
0.4
。2.根据权利要求1所述的一种抗氧化增材制造用高熵合金微米丝，其特征在于，所述高熵合金微米丝的合金成分为Al
0.5
CoCr
0.8
FeNi
2.5
V
0.2
。3.根据权利要求1所述的一种抗氧化增材制造用高熵合金微米丝，其特征在于，所述高熵合金微米丝的直径为10～80微米，长度为15～25厘米。4.根据权利要求1所述的一种抗氧化增材制造用高熵合金微米丝，其特征在于，所述高熵合金微米丝在铸态下形成单一FCC固溶体结构，经过高温退火处理后基体仍保持FCC固溶体相结构，并且分布有弥散的L12相。5.根据权利要求1所述的一种抗氧化增材制造用高熵合金微米丝的合成方法，其特征在于，由纯度均≥99.99％的块状的Al、Co、Cr、Fe、Ni、V熔炼成合金锭，合金锭经过真空吸铸法制成合金棒材，合金棒材再通过真空熔炼铜辊甩丝工艺制成高熵合金微米丝。6.根据权利要求5所述的一种抗氧化增材制造用高熵合金微米丝的合成方法，其特征在于，所述合成方法还包括退火工艺：将所述富镍高熵合金微米丝密封于充有0.5个大气压惰性气体的容器中，以10℃/min的速度由室温升温至400
‑
850℃，然后保温退火10min，最后水冷至室温。7.根据权利要求6所述的抗氧化增材制造用高熵合金微米丝的合成方法，其特征在于，所述退火温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋凯凯，孙通通，彭炜，唐婷，单飞龙，郜庆伟，
申请(专利权)人：盘星新型合金材料常州有限公司，
类型：发明
国别省市：