[发明专利]一种调控CoCrFeNiAl高熵合金性能的方法

说明书

本发明公开了一种调控CoCrFeNiAl高熵合金性能的方法，包括：a、称取金属块；b、制备一个具有倒T字型砂芯的砂型；c、预热砂型；d、放入真空中频感应熔炼炉的坩埚中；e、将砂型放置在坩埚的前下方；f、抽真空；g、熔炼制得金属液；h、浇注，施加脉冲；i、冷却得到经过电脉冲处理的CoCrFeNiAl高熵合金铸锭。发明的有益效果是：通过对电脉冲处理参数的调节来调控合金的组织结构及力学性能。

技术领域

本发明具体涉及高熵合金领域，特别涉及一种调控CoCrFeNiAl高熵合金性能的方法。

背景技术

近些年，高熵合金在金属材料领域获得了越来越多的关注。高熵合金具有一系列独特性能，如较高的低温韧性、高耐磨性、高疲劳强度、极高的加工硬化、良好的热稳定性、高的断裂韧度等，都使其在工程材料领域的有着巨大的应用潜力。目前，对于高熵合金的组织控制大多来源于传统合金处理技术，如热处理、孕育处理、锻造、轧制等。而对于某些合金系而言，传统处理技术如轧制、锻造等，并不适合所有高熵合金。另外，这些方法多数存在着能耗大、成本高、操作复杂或是处理周期长、合金性能一般等问题。因此，当传统技术不再适合某些高熵合金的时候我们就需要寻求一种新的途径来对高熵合金的组织性能等进行控制。

合金的制备过程往往要经历由液态到固态的凝固过程，如果完全掌控了合金的凝固过程，那么在材料凝固后即可得到材料的大部分性能，只需少量后续处理即可进行使用，即节省了能源浪费，又减少了资源消耗，这也是金属材料科学家们一直所追求的目标。根据电脉冲技术在传统合金中的研究可以发现，脉冲电流的作用效果是多方面的。对于液态金属来讲，脉冲可以通过改变团簇结构或是打断枝晶来影响最终的凝固组织，进而影响材料性能。研究人员对冷拔NiTi线进行脉冲处理，研究发现，脉冲处理可以影响合金的动态回复及再结晶过程。而对316L不锈钢进行低压脉冲处理则发现脉冲电流可以强化硬化不锈钢，并且强化硬化效果随着脉冲电压增加而减弱。此外，有研究表明脉冲磁场的升高可以促进贝氏体转变过程，造成强度硬度等性能的变化。在高熵合金体系中，CoCrFeNiAl高熵合金体系受到了一定关注，其晶体结构和组织形态简单稳定，此前已有一些相关文献报道。鉴于电脉冲处理方法在改善合金的凝固组织、降低成分偏析和微结构控制等方面有显著的作用，本发明将电脉冲处理方法应用于CoCrFeNiAl高熵合金的制备过程，并分别在电流方向(ED)与垂直于电流方向(MD)控制其性能。

发明内容

本发明的一个目的提供一种调控CoCrFeNiAl高熵合金性能的方法，通过改变脉冲频率实现对合金铸锭两个垂直方向上的晶体结构以及力学性能的调控，提高合金的综合性能。

为实现上述目的，本发明提供一种调控CoCrFeNiAl高熵合金性能的方法，包括：

a、称取等摩尔比的Co、Cr、Fe、Ni和Al金属块；

b、制备一个具有倒T字型砂芯的砂型，在将电脉冲装置的电极插入砂型内；

c、将步骤b中制备的砂型加热至280～320℃；

d、将步骤a中称取好的等摩尔比的Co、Cr、Fe、Ni和Al金属块放入真空中频感应熔炼炉的坩埚中；

e、将步骤c中预热砂型放置在坩埚的前下方；

f、关闭真空感应炉的炉盖、炉门，启动真空泵，将炉内真空度抽至1× 10^-1Pa以下；

g、使用额定功率为40kW的真空中频感应熔炼炉进行加热熔炼，从9～ 11kW功率开始给坩埚预热，待真空度平稳再增加功率；当原料底部红热时将功率调至14～16kW；当原料中部红热时将功率调至24～26kW；当坩埚大部分红热，原料全部红热时将功率调至29～31kW；继续调高功率，待其开始融化时将功率调至24～26kW，继续熔炼4～6min，使原料完全熔化并混合均匀，制得金属液；