本发明专利技术涉及一种电子束熔炼重熔返回料制备难熔高熵合金的方法，属于合金技术领域。通过对返回料进行洁净处理后，置于电子束熔炼炉中，控制真空度，依次进行小功率预热、中等功率熔炼平整和大功率整体精炼，最后翻转板材，重复大功率整体精炼，得到重熔后的难熔高熵合金。得到的难熔高熵合金的成分均匀，为等轴组织且无树枝晶，成分准确、组织均匀，性能一致性好；材料利用率提升至90%以上。材料利用率提升至90%以上。材料利用率提升至90%以上。
【技术实现步骤摘要】
一种电子束熔炼重熔返回料制备难熔高熵合金的方法
[0001]本专利技术涉及一种电子束熔炼重熔返回料制备难熔高熵合金的方法，属于合金
技术介绍
[0002]基于多主元设计理念开发的难熔高熵合金，具有优异的综合力学性能，在航空航天、军工等领域具有良好的应用前景。该类合金主要由多种元素如Ti、Zr、Nb、Ta、Hf、Al等组合而成，具有元素种类多、熔点高且差异大（如Ta的熔点2996℃，而Al的熔点仅为660℃）、元素活泼等特点。目前，通常采用冷坩埚感应熔炼方法制备难熔高熵合金，但其存在缩松、缩孔区域较大等问题，进而产生了大量的废品件、机加切削边角料等返回料，导致材料利用率非常低（＜20%）。难熔高熵合金的组成元素原料成本较高，返回料的回收再利用尤为关键。这些返回料通常比新料具有更多的夹杂物、且有害杂质元素含量更高，研发难熔高熵合金返回料的回收再利用工艺具有十分重要的意义。
[0003]电子束熔炼技术在高真空的条件下利用高能量密度的电子束轰击母材使其完全融化，并使熔池在较高的温度下保持一定的时间，从而实现对金属材料的熔炼、提纯与去杂，成功应用于高温合金、钛合金等返回料的再利用。中国专利申请CN110423904A公开了一种电子束熔炼均质化高纯化制备Ni
‑
Cr
‑
Co
‑
Fe
‑
Mn高熵合金的方法，该方法直接对高熵合金元素原料进行电子束熔炼，虽然得到的成分均匀的高熵合金，但该工艺条件并不适用于难熔高熵合金返回料的重熔；难熔高熵合金元素种类更多，物性更复杂，尤其组成元素熔点差异非常大，因而传统电子束熔炼技术制备时存在低熔点元素挥发严重、凝固组织均匀性差等问题。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种电子束熔炼重熔返回料制备难熔高熵合金的方法。该方法可以实现返回料快速、有效的回收利用，重熔后的难熔高熵合金成分均匀，元素挥发少且可控。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。
[0006]一种电子束熔炼重熔返回料制备难熔高熵合金的方法，方法步骤包括：S1、对返回料（返回料为合金铸锭经过切割取样后剩余的无法利用部分，通常存在着缩松、缩孔等缺陷；同时其表面因加工污染，存在厚重的氧化层及各种杂质）进行洁净处理，去除表面杂质；S2、将洁净处理后的返回料置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中，返回料的铺设厚度为12~25 mm，冷却水流量为10~20 m3/h；S3、对电子束熔炼炉首先预抽真空至1.5
×
10
‑2Pa以下，然后通过充入惰性气体控制熔炼真空度为5
×
10
‑2~1 Pa；S4、启动双枪电子枪，进行熔炼：
S41、首先进行小功率预热，进一步去除返回料表面沾染的杂质（油污等）：双枪电子枪控制功率均为5~7 kW，电子束扫描路径相互补充，使返回料表面温度达到1000~1600℃，电子束扫描范围为5~15 cm2，电子束移动速率为0.25~0.35 cm/s；S42、采用中等功率熔炼平整，将返回料熔化铺满整个冷床：以6~10 mA/s速度增加双枪电子枪束流至所定工艺，主枪控制功率为10~15 kW，副枪控制功率为5~10 kW，电子束扫描范围为5~15 cm2，电子束移动速率为0.15~0.30 cm/s；S43、采用大功率整体精炼，进一步使板材平整的同时促进杂质的挥发：以6~10 mA/s速度增加双枪电子枪束流至所定工艺，主枪控制功率在75 kW以上，副枪控制功率为45~65 kW，电子束扫描范围为50~100 cm2，电子束移动速率为0.10~0.20 cm/s，均匀扫描整个板材，精炼时间为20~50 min；S5、熔炼结束后，翻转板材，重复步骤S43，精炼完成，得到厚度为10~20mm重熔后的难熔高熵合金；所述难熔高熵合金返回料为M
x
N
y
体系高熵合金返回料，85≤x≤100，0≤y≤15；M选自Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo和W中的两种以上，且每种元素的原子百分比含量大于等于5%小于等于50%；N选自Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu中的一种以上，且每种元素的原子百分比含量大于等于0%小于等于15%。
[0007]作为优选，步骤S1中，所述返回料为感应熔炼或电弧熔炼后剩余的返回料。
[0008]作为优选，步骤S1中，对所述返回料进行预处理的方法为：
①
超声清洗：将返回料放入清洗剂与水混合液中超声清洗，清洗温度为60~100℃，超声频率为25~40 kHz，清洗时间0.5~6 h；
②
酸洗、水洗：将超声清洗后的返回料放入稀酸混合溶液中超声，频率为25~40 kHz，清洗5~30 min，然后放入水中清洗10~20 min；
③
烘干：将水洗后的返回料在90 ~150℃下烘干2~5h，冷却。通过对返回料的多次清洗，首先去除其表面杂质。
[0009]作为优选，所述清洗剂为合金除油粉、金属净洗剂或碱性除油粉。水与清洗剂的质量比为4:1~9:1。
[0010]作为优选，所述稀酸混合溶液为HF、HNO3和H2O的混合溶液，其中HF、HNO3体积比为1:2~1:4，HF、HNO3在混合溶液中总占比15~35 wt.%。
[0011]作为优选，步骤S2中，返回料的铺设厚度为15~20 mm，冷却水流量为15~18 m3/h。
[0012]作为优选，步骤S3中，所述惰性气体为氩气，熔炼真空度为1.5
×
10
‑1~1 Pa。更优选的，氩气充入速度0.15~0.25 L/min。
[0013]作为优选，步骤S41中，小功率预热时，返回料表面温度为1300~1500℃，电子束扫描范围为8~10 cm2，均匀扫过所有返回料表面。
[0014]作为优选，步骤S42中，中等功率熔炼整平时，电子束扫描范围为10~12 cm2，电子束移动速率为0.20~0.25 cm/s。
[0015]作为优选，步骤S43中，大功率整体精炼时，电子束扫描范围为80~90 cm2，精炼时间为30~40 min。
[0016]作为优选，步骤S5中，熔炼结束后以1~3 mA/s速度，降低双枪电子枪束流大小直至为0。此步骤可以减慢凝固过程，减少元素偏析。同时预留充足的时间，使熔体内气体充分挥发，避免气孔夹杂。最后翻转板材，重复步骤S43，直至达到要求。
[0017]一种难熔高熵合金，通过本专利技术所述方法制备得到。
[0018]有益效果（1）通过对返回料进行洁净处理后，置于电子束熔炼炉中，控制真空度，依次进行小功率预热、中等功率熔炼平整和大功率整体精炼，最后翻转板材，重复大功率整体精炼，得到重熔后的难熔高熵合金。
[0019]（2）本专利技术通过精确调控熔炼过程真空度，实现合金低熔点元素挥发和杂质元素去除的高效匹配，获得杂质含量低、成分准确的难熔高熵合金。
[0020]（3）本专利技术方法本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电子束熔炼重熔返回料制备难熔高熵合金的方法，其特征在于：方法步骤包括：S1、对返回料进行洁净处理，去除表面杂质；S2、将洁净处理后的返回料置于电子束熔炼炉的水冷铜坩埚中，返回料的铺设厚度为12~25 mm，冷却水流量为10~20 m3/h；S3、对电子束熔炼炉首先预抽真空至1.5
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2 Pa以下，然后通过充入惰性气体控制熔炼真空度为5
×
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‑2~1 Pa；S4、启动双枪电子枪，进行熔炼：S41、首先进行小功率预热：双枪电子枪控制功率均为5~7 kW，电子束扫描路径相互补充，使返回料表面温度达到1000~1600℃，电子束扫描范围为5~15 cm2，电子束移动速率为0.25~0.35 cm/s；S42、采用中等功率熔炼平整：以6~10 mA/s速度增加双枪电子枪束流至所定工艺，主枪控制功率为10~15 kW，副枪控制功率为5~10 kW，电子束扫描范围为5~15 cm2，电子束移动速率为0.15~0.30 cm/s；S43、采用大功率整体精炼：以6~10 mA/s速度增加双枪电子枪束流至所定工艺，主枪控制功率在75 kW以上，副枪控制功率为45~65 kW，电子束扫描范围为50~100 cm2，电子束移动速率为0.10~0.20 cm/s，均匀扫描整个板材，精炼时间为20~50 min；S5、熔炼结束后，翻转板材，重复步骤S43，精炼完成，得到厚度为10~20mm重熔后的难熔高熵合金；所述难熔高熵合金返回料为M
x
N
y
体系高熵合金返回料，85≤x≤100，0≤y≤15；M选自Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo和W中的两种以上，且每种元素的原子百分比含量大于等于5%小于等于50%；N选自Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu中的一种以上，且每种元素的原子百分比含量大于等于0%小于等于15%。2.如权利要求1所述的一种电子束熔炼重熔返回料制备难熔高熵合金的方法，其特征在于：步骤S1中，所述返回料为感应熔炼或电弧熔炼后剩余的返回料。3. 如权利要求1所述的一种电子束熔炼重熔返回料制备难熔高熵合金的方法，其特征在于：步骤S1中，对所述返回料进...
【专利技术属性】
技术研发人员：王本鹏，杨昊炎，郭寻，薛云飞，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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