【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高熵合金，具体涉及一种富cr相析出强化深过冷cocrfenisn系共晶高熵合金及其制备方法。
技术介绍
1、随着高熵合金的研究逐渐深入，人们开始对高熵合金的定义产生疑问，传统的定义是cantor和叶均蔚等人提出的，即合金含有5种以上的主要元素以等摩尔比(或近等摩尔比)组成且每种主要元素的原子分数在5％～35％之间。这一定义仅从合金成分上定义了高熵合金，没有考虑合金的相结构。近年来的研究表明，高熵合金的等原子比或近等原子比的定义是不准确的，相组织的形成也与热力学焓和动力学冷却速率的作用有关，以快速凝固技术为基础的深过冷研究可以使高熵合金出现组织细化等现象，可以有效提高合金多种性能。
2、在目前已经发现的单相高熵合金中bcc结构强度较高但塑性较差，fcc结构塑性较好但强度低，质地偏软，而双相共晶高熵合金能够有效实现强塑性结合。此外，目前已报道的高熵合金的迟滞扩散效应明显，流动性差，在大尺寸构件铸造中易出现成分偏析和缺陷，严重阻碍高熵合金的应用发展。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种富cr相析出强化深过冷cocrfenisn系共晶高熵合金及其制备方法，通过深过冷组织细化和析出相强化共同作用，能使共晶高熵合金的强度、塑性进一步优化。同时，提供一种解决高熵合金流动性差、铸造缺陷较多难题的方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供一种富cr相析出强化深过冷cocrfenisn系共晶高熵合
4、本专利技术中的co-cr-fe-ni-sn共晶高熵合金，是基于伪二元法和相图模拟的设计理念，在co-cr-fe-ni高熵合金的基础上加入sn元素，通过实验法对元素含量进行适当调整得到的非等原子比的共晶高熵合金。在非等原子比co-cr-fe-ni-sn共晶高熵合金基础上添加微量元素cu、mn、w、ti、si、sc、nb(以百分比计0％≤f＜5％)组成共晶高熵合金或加入微量元素cu、mn、w、ti、si、sc、nb作为主元(以百分比计f≥5％)得到更多主元的非等原子比共晶高熵合金，与现有技术相比具有如下优点：
5、(1)非等原子比co-cr-fe-ni-sn共晶高熵合金兼顾了高熵合金和共晶合金的优点，利用高熵合金缓慢扩散的效应，在大尺寸构件铸造过程中不易产生缺陷。使用低熔点，原子扩散速度较慢的sn作为主要元素，有效改善高熵合金的流动性，减小气孔，缩松等缺陷产生，有利于大型工程构件的铸造，同时提高了高熵合金耐摩擦和耐腐蚀性能。在铸态组织凝固时构成合金的两相耦合生长，防止宏观偏析和枝晶生长，可使构件组织更加均匀。
6、(2)非等原子比co-cr-fe-ni-sn共晶高熵合金由塑性良好的富fecocr的fcc固溶体相和hcp金属间化合物m3sn2(m＝ni，co)相构成，可以达到较好的强塑性匹配。此外，由于相分离发生在高温区间时由于高熵效应的作用被抑制从而延迟到低温区间使得迟滞扩散效应进一步加剧，富铬bcc相在共晶晶胞边界处m3sn2(m＝ni，co)相析出，阻碍晶粒进一步长大，能够有效提高共晶高熵合金的强塑性和热稳定性。
7、第二，本专利技术提供一种富cr相析出强化深过冷cocrfenisn系共晶高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
8、s100、按照各组分比例称取sn原料、co原料、cr原料、fe原料、ni原料及微量元素m原料，称取两份质量相同的硅酸钠玻璃粉末；
9、s200、先将一份硅酸钠玻璃粉末加入洁净的石英管底部并覆盖均匀，再将称取好的特定比例sn原料、co原料、cr原料、fe原料、ni原料、微量元素m装入石英管，随后再加入另一份硅酸钠玻璃粉末并覆盖金属原料表面，再将石英管放入悬浮熔炼炉中；
10、s300、对所述sn原料、co原料、cr原料、fe原料、ni原料和硅酸钠玻璃粉末加热至温度t1，保温时间t1，使所述sn原料、co原料、cr原料、fe原料、ni原料、微量元素m和硅酸钠玻璃粉完全熔化，形成熔融玻璃包覆的合金熔液；对熔融玻璃包覆的合金溶液调整加热功率至温度t2，继续保温时间t2，随后关闭真空感应熔炼功率，使合金溶液冷却至750℃～850℃，随后重新打开功率调整加热温度至温度t2，继续保温时间t2；
11、s400、循环3～4次后进行冷却处理，得到具有0～220k过冷度的共晶高熵合金。
12、在本专利技术的实施例中，真空感应熔炼包括：
13、对所述悬浮熔炼炉进行抽真空处理，然后向所述悬浮熔炼炉内充入保护气体；
14、升高所述悬浮熔炼炉内的温度，使所述sn原料、co原料、所述cr原料、所述fe原料、所述ni原料、微量元素m及硅酸钠玻璃粉末完全熔化。
15、在本专利技术的实施例中，首次加热温度t1＝1450～1550℃，首次保温时间t1＝3min～5min；随后循环过程中单次加热温度t2＝1250～1350℃，单次保温时间t2＝2min～3min。
16、在本专利技术的实施例中，对所述熔融玻璃包覆的合金溶液进行冷却处理包括：缓慢降低所述悬浮熔炼炉的功率直至停止，使所述熔融玻璃包覆合金溶液随炉冷却。
17、在本专利技术的实施例中，所述硅酸钠玻璃粉末的粒径为0.2mm～0.5mm。
18、在本专利技术的实施例中，随炉冷却至室温的富cr相析出强化深过冷cocrfenisn系共晶高熵合金去除表面包覆玻璃后质量损失均小于0.5％。
19、在本专利技术的实施例中，凝固过程中的温度曲线是通过红外测温仪测量并记录的，使用以下公式即进行校准，并且对实施例中金属的实际过冷度进行了计算。其中t为物体的真实温度，tpyr为红外测温仪测得的温度，tm为物体的熔点(k)，tmpyr为红外测温测得的物体熔点(k)。
20、
21、与现有共晶高熵合金制备技术和工艺相比，本专利技术不需使用fe，co，cr，ni等较高熔点金属元素和流动性好的低熔点金属sn分别熔炼的方法，缩短了熔炼所需的步骤和时间，玻璃熔融包覆防止了可能因氧化和异质核心较多导致的缺陷和成分偏差问题。玻璃熔融包覆后直接熔炼得到的富cr相析出强化深过冷cocrfenisn系共晶高熵合金组织从缓慢的层片状共晶生长到快速反常共晶生长的动力学转变，通过组织细化和反常共晶体积分数增加带来力学性能的显著影响，实现强度塑性的有效提高。强度增强主要是由于微观结构细化，遵循hall-petch关系。硬度测试结果表明，异常共晶的形成是硬度提高的原因。对于不规则共晶，fcc相中存在的孪晶组织和hcp相中残存晶界处产生的富铬bcc相偏析阻碍本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种富Cr相析出强化深过冷CoCrFeNiSn系共晶高熵合金，其特征在于，按摩尔比设计，共晶高熵合金的合金组成为CoaCrbFecNidSneMf，其中，a、b、c、d、e、f分别为对应元素的原子比，0.95＜a≤1.05，0.45＜b≤0.5，0.55＜c≤0.6，1.0＜d≤1.1，1.0＜e≤1.4，f≥0，M为微量元素，所述M为Cu、Mn、Si、Ti、W、Nb、Sc中的一种或多种元素。
2.一种权利要求1所述的富Cr相析出强化深过冷CoCrFeNiSn系共晶高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的富Cr相析出强化深过冷CoCrFeNiSn系共晶高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤S300中，首次加热温度T1＝1450～1550℃，首次保温时间t1＝3min～5min；随后循环过程中单次加热温度T2＝1250～1350℃，单次保温时间t2＝2min～3min。
4.根据权利要求2所述的富Cr相析出强化深过冷CoCrFeNiSn系共晶高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤S400中，对所述熔融玻璃包覆的合金
5.根据权利要求2所述的富Cr相析出强化深过冷CoCrFeNiSn系共晶高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤S100中，所述硅酸钠玻璃粉末的粒径为0.2mm～0.5mm。
...【技术特征摘要】
1.一种富cr相析出强化深过冷cocrfenisn系共晶高熵合金，其特征在于，按摩尔比设计，共晶高熵合金的合金组成为coacrbfecnidsnemf，其中，a、b、c、d、e、f分别为对应元素的原子比，0.95＜a≤1.05，0.45＜b≤0.5，0.55＜c≤0.6，1.0＜d≤1.1，1.0＜e≤1.4，f≥0，m为微量元素，所述m为cu、mn、si、ti、w、nb、sc中的一种或多种元素。
2.一种权利要求1所述的富cr相析出强化深过冷cocrfenisn系共晶高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的富cr相析出强化深过冷cocrfenisn系共晶高熵合金的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈正，刘宇龙，杨小芹，岳琨，邵哲力，徐杰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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