[发明专利]一种多维度间接超声处理调控高熵合金组织与性能的方法和装置

说明书

本发明提供了一种多维度间接超声处理调控高熵合金组织与性能的方法和装置，涉及合金制备技术领域。本发明制备的高熵合金组织致密，无气孔和缩孔；制备过程不引入杂质，不污染目标合金；特征晶粒尺寸细化程度高，可细化至初始晶粒尺度的10％以下；可根据空化声压强度自由调控相含量比例；超声波导入效率高，处理过程简单、可靠、安全，设备无损耗；处理方式高效绿色节能，成本低。

技术领域

本发明涉及合金制备技术领域，具体涉及一种多维度间接超声处理调控高熵合金组织与性能的方法和装置。

背景技术

高熵合金是由五种或五种以上的元素分别占5～35％原子比混合而成的固溶体合金，该类合金较传统金属材料具有一系列特殊效应，如高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和“鸡尾酒效应”，因而引起了广泛的关注。从元素组成上来说，高熵合金主要分为三大体系：一是3d过渡族金属元素高熵合金，二是难熔高熵合金，三是轻质高熵合金，其中3d过渡族高熵合金以Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等工业中常用的第三周期过渡族元素为主要组元，具有大规模工业应用的潜质。相比于传统合金，3d过渡族高熵合金表现出优异的力学、抗氧化、超导、耐腐蚀和磁学等性能，被视为有望解决目前航空航天、先进核能、生物工程、先进装备制造等领域材料性能瓶颈问题的关键材料(W.Li,D.Xie,D.Li,Y.Zhang,Y.Gao,P.K.Liaw,Mechanical behavior of high-entropy alloys,Progress in MaterialsScience,2021)。

高熵合金主要由单个或多个固溶体相构成，相含量的比例与晶粒尺寸显著地影响着合金力学性能、磁学性能、抗腐蚀性能等。目前现有的研究报道多通过添加微量元素、轧制以及热处理等方法来调控高熵合金组织，以获得预期性能提升，但实验周期长，操作过程难度大，流程复杂，调控效果有限。凝固过程调控是影响合金相组织最显著的方法，因此寻找一种可通过凝固过程调控高熵合金组织的方法极为迫切。

在金属或合金凝固过程中施加功率超声是改善其组织结构提高性能最有效的方法之一。功率超声是物体超高机械振动能量的传播形式，具有频率高、功率密度大、束射性和方向性良好等显著物理特性，与液态、半固态金属或合金相互作用时存在压力场、热效应、声空化和声流等一系列非线性超声效应，可提高合金形核率，改变凝固路径，从而达到晶粒细化、组织均匀化与净化(去气、除渣、提纯等)等效果(J.Campbell,Effects ofvibration during solidification,International Materials Reviews 26(1981)71-109；A.Brotchie,F.Grieser,M.Ashokkumar,Effect of power and frequency onbubble-size distributions in acoustic cavitation,Phys Rev Lett 102(8)(2009)084302.)。

目前对于功率超声在金属凝固过程中的常用形式及其局限性为：将单束超声波通过超声变幅杆直接传输到金属或合金熔体内部，超声变幅杆与熔体相接触，变幅杆容易受到高温侵蚀产生变形与溶解，造成熔体污染和超声设备的快速损耗，在效果上呈现为超声能量衰减快、作用范围小的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多维度间接超声处理调控高熵合金组织与性能的方法，本发明通过对铸模施加一维、二维或三维超声波，间接处理高熵合金熔体，弥补了传统浸入式一维超声波作用范围不足、无法处理高温熔体的缺陷。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种多维度间接超声处理调控高熵合金组织与性能的方法，包括以下步骤：

将合金原料进行熔炼，得到合金熔体；

将所述合金熔体浇铸进入铸模中，进行冷却，得到高熵合金；所述浇铸包括方法一或者方法二；