[发明专利]一种中熵合金板材的超声滚压表面强化工艺

说明书

本发明涉及一种中熵合金板材的超声滚压表面强化工艺，包括以下步骤：S1：根据中熵合金的成分将金属原材料制备成中熵合金铸锭；S2：将合金铸锭通过车床削成表面平整的合金板材；S3：将合金板材和超声滚压强化工具分别安装在数控机床上，并设置超声滚压强化工具的弹簧下压量、机床走刀路线和机床走刀速度；S4：设置并启动超声波发生器，并调节至预设频率和预设振幅参数；S5：开启数控机床，对合金板材表面进行覆盖式滚压加工，且在加工过程中对合金板材表面进行不间断的冷却和润滑；S6：重复执行步骤S5直至达到预设要求，从而得到纳米梯度结构中熵合金板材。采用本发明的超声滚压表面强化工艺制备得到的板材强度高，表面光滑。

技术领域

本发明涉及合金板材制造技术领域，更具体地涉及一种中熵合金板材的超声滚压表面强化工艺。

背景技术

中/高熵合金是由多种等量或大约等量金属所形成的多主元合金。以往传统合金中主要的金属成分通常只包含一至两种，其设计理念通常以一种金属元素如铁为基础，再加入一些微量元素来调控与提升合金的性能，比如各类牌号的钢材。然而在中/高熵合金中所有组元的元素占比接近于等比例，由于所有元素几乎“平等”，而易于形成“超级固溶体”。同时，该类合金通常具有“鸡尾酒”效应等特殊的强化机制，因此其具有相较于传统合金材料更为广阔的应用潜力。

其中CoCrNi多主元合金，亦称中熵合金，为单相FCC(Face Center Cubic，面心立方晶格)固溶体结构。由于其具有较好的热稳定性及十分优异的低温性能，使得该类材料在各种严苛环境及航空航天等领域中均具有巨大的应用潜力。然而，CoCrNi合金塑性虽好，但强度较低，大大限制了其作为高性能结构材料的应用。

近年来，大量研究报道已经证明了纳米及超细晶金属材料相较传统粗晶金属材料来说具备更加优异的性能。因此，通过结合细晶强化法与中/高熵合金的设计概念，制备具有更高性能的纳米及超细晶中/高熵合金的相关研究受到了国内外学者的广泛关注。根据经典Hall-Petch关系，多晶体晶粒尺寸的增大会造成自身强度与硬度的降低，同时晶粒长大也可能导致材料耐腐蚀性或其他特殊性能的丧失。由于纳米及超细晶材料的晶界占比高且其晶界一般处于亚稳态，因此根据熵增原理，这类材料极易发生晶粒长大现象。然而中/高熵合金由于溶质更易于偏析从而导致晶界能较低，并且由于构型的复杂性而造成其原子迁移率较低，这些综合效应导致其晶粒的稳定性通常高于传统金属材料。因此通过将细晶强化法与中/高熵合金的设计理念相结合，有望开发出性能更为优异的新一代高性能金属材料。

超声滚压表面强化方法涉及较复杂的工艺参数，其中超声波频率、振幅，加工机床滚压路线、走刀速度，加工头下压量等参数均会对所制备纳米梯度结构的微观组织形貌及相应合金板材的性能产生较大影响。通常，在经表面强化加工后，由于细晶强化及残余应力的共同作用可有效提高合金强度，然而强化过程如若控制不当，往往导致合金塑性大幅度降低且容易导致表面过处理现象的发生，从而形成微裂纹与孔洞等缺陷，最终导致力学性能的降低。虽然迄今为止，超声滚压表面强化方法已成功应用于多种金属材料，用于制备具有表面纳米梯度结构的高性能金属材料。然而，由于CoCrNi中熵合金是一种在近几年刚刚兴起的新型材料，关于其板材的超声滚压表面强化方法迄今未见报道。因此，如何通过控制各项工艺参数而获得强度高、表面光滑的纳米梯度结构CoCrNi中熵合金板材仍然是目前面临的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中熵合金板材的超声滚压表面强化工艺，以制备出强度高、表面光滑的纳米梯度结构CoCrNi中熵合金板材。

本发明提供一种中熵合金板材的超声滚压表面强化工艺，包括以下步骤：

S1：根据中熵合金的成分将金属原材料制备成中熵合金铸锭；

S2：将所述合金铸锭通过车床削成表面平整的合金板材；

S3：将所述合金板材和超声滚压强化工具分别安装在数控机床上，并设置超声滚压强化工具的弹簧下压量、机床走刀路线和机床走刀速度；