[发明专利]难熔高熵合金的熔炼方法

说明书

本发明涉及合金加工技术领域，尤其涉及一种难熔高熵合金的熔炼方法。所述熔炼方法包括以下步骤：称取不同的难熔金属单质，分层平铺；用等离子束扫描并加热结晶坩埚难熔金属单质形成熔炼体；用等离子束扫描结晶坩埚熔炼体进行热混合，引锭冷却凝固后制得难熔高熵合金。本发明的熔炼方法采用等离子束高温高能轰击各原料，各原料熔融后充分溶解和扩散，消除了成分偏析，所熔炼的合金的成分均匀，保证了难熔高熵合金的原料利用率。

技术领域

本发明涉及合金加工技术领域，尤其涉及一种难熔高熵合金的熔炼方法。

背景技术

难熔高熵合金被认为是很有潜力的高温合金替代材料，组成该类合金的主要组元均为熔点高于1650℃的金属元素，包括钛、锆、铪等。难熔高熵合金在高温领域应用前景广泛，但难熔高熵合金的高熔点、高硬度优势导致采用传统铸造、机械加工等技术难以获得力学性能好的结构件。难熔高熵合金的研发技术难点主要是难熔高熵合金成形机理复杂，难以精准预测材料结构性能，合金固溶强化效果强烈，材料塑性较差，难熔高熵合金熔点高，加工难度很大。

难熔高熵合金与其他高熵合金一样，也具有在热力学上高混合熵效应，在结构上的晶格畸变效应及在力学性能上的鸡尾酒等效应。现有的研究表明，难熔高熵合金兼具结构强度和冲击反应释能特性，在高温高压下能够发生剧烈放热反应，能够制成结构件使用，尤其是由Nb、Ta、Hf、Zr等难熔元素组成的难熔高熵合金，因其熔点高(2000℃以上)，耐高温性能优异，冲击反应释能效果好，在航空、航天、武器装备、核能等领域具有广阔的应用前景。

目前，难熔高熵合金的熔炼方法主要有真空熔炼法(包括电弧熔炼和真空感应熔炼)、粉末冶金法、机械合金化法、激光熔覆法、电化学沉积法等。电弧熔炼是一种制备高熵合金块体的常用方法，熔炼温度高，可以用来制备难熔高熵合金，但是其成型尺寸较小，一般用在实验室制备小试样；真空感应熔炼可以用来制备大尺寸高熵合金，但是其熔炼温度一般在1800℃以下，难以用来制备难熔高熵合金；粉末冶金法受成型模具尺寸影响，通常用来制备小尺寸、形状简单的高熵合金，另外其加工的流程长，材料致密度低，杂质含量较高；机械合金化法、激光熔覆法、电化学沉积法等常用来制备粉末、涂层和薄膜。现有技术中，虽然加工高熵合金发展了很多制备方法，但是这些方法都普遍只能用来制备小尺寸试样（＜100mm）或者低熔点(＜1800℃)高熵合金，难以用来制备高熔点、大尺寸的高熵合金，而且合金中低熔点的金属也容易挥发。因此，大尺寸难熔高熵合金的制备已经成为限制其在高温合金领域中应用的关键难题。

鉴于此，提供一种新的熔炼大尺寸难熔高熵合金的方法，有重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种大尺寸难熔高熵合金的熔炼方法，解决了大尺寸难熔高熵合金难以直接加工以及加工过程金属元素容易烧损挥发的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种大尺寸难熔高熵合金的熔炼方法，所述熔炼方法包括以下步骤：

S1备料：提供待熔炼料，所述待熔炼料从下到上依次水平铺设有多层分层体，每层所述分层体为一种金属单质；

S2熔炼：用等离子束扫描并加热所述金属单质，形成熔炼体；

S3引锭凝固：用等离子束扫描所述熔炼体进行热混合，引锭冷却凝固后制得大尺寸难熔高熵合金。

进一步的，步骤S1备料中，所述金属单质包括高熔点单质和/或低熔点单质，所述高熔点单质包括钪、钛、钒、铬、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、铪、钽、钨中的任意四种或四种以上，所述低熔点单质包括铝、锰、铁、镉、钴、镍、铜、锌、锗、银中的任意一种或任意几种。

本发明采用等离子束冷炉床熔炼技术可以解决大尺寸难熔高熵合金的熔炼制备及合金中低熔点（例如铝、铁等）金属易挥发的问题，