[发明专利]一种调控CoCrFeNiCu高熵合金性能的方法

说明书

本发明公开了一种调控CoCrFeNiCu高熵合金性能的方法，其特征在于，包括：利用熔炼法对坩埚内元素摩尔量等同的原料Co、Cr、Fe、Ni、Cu进行熔炼，将熔体高温持续熔炼不小于10min；将脉冲电极伸入刚刚停止加热的所述熔体中，用电压不小于100V，频率不小于5Hz的脉冲进行30～90s处理，得到CoCrFeNiCu高熵合金熔体；所述CoCrFeNiCu高熵合金熔体自然冷却至室温，从所述坩埚内铸锭取出，得到CoCrFeNiCu高熵合金铸锭。该发明将电脉冲处理方法应用于高熵合金的制备过程，制备出高硬度和高强度的合金，屈服强度提高约233.3％，断裂强度提高约18.4％；同时，提供一种能耗小、成本低、操作简单或是处理周期短的可以调控合金性能的调控方法。

技术领域

本发明涉及一种调控CoCrFeNiCu高熵合金组织结构与力学性能的方法，尤其涉及利用电脉冲处理调控及改善CoCrFeNiCu高熵合金组织结构与力学性能的方法。

背景技术

传统合金体系的发展已趋饱和，突破以一种或两种金属元素为主的传统合金的发展框架已是冶金科学家的一个追求目标。高熵合金正是在这样的趋势下发展起来的。高熵合金的研究具有前瞻性，具有学术研究及应用价值。由于应用潜力多元化，面对的产业也多元化，因此传统合金工业的升级及高科技产业的发展也将为高熵合金开辟无限的发挥空间，对传统冶金和钢铁行业的提升无疑具有重要意义。高熵合金的简单结构(FCC或者BCC结构)以及其在硬度、抗压强度、韧性、热稳定性等方面表现出的良好性能，引起了科学界普遍关注和积极探索。

有发明专利(CN 103817314B)将电脉冲的方法用在富铁铝硅合金铁相的合成方法中，通过对于脉冲电压、脉冲频率等参数的调节来控制合成的合金的力学性能，得到了抗压强度及延伸率得到极大提高的材料。而目前，高熵合金最为常用的制备技术主要有真空电弧熔炼、感应熔炼等熔炼法，然而，熔炼法制备的高熵合金组织中难以避免成分偏析、组织粗大、缩孔和缩松等冶金缺陷。高熵合金可以通过成分设计来控制所合金所形成的内部结构，从而得到所需性能。此外，高熵合金也可以通过冷轧、时效和各种热处理手段来调控其组织和性能。材料领域中，常用的细化晶粒、改变组织的方法有孕育处理、过冷处理、适当的锻造、锻后正火或退火等。而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，可以将电脉冲控制方法应用在高熵合金的合成及性能控制领域。如何在制备高熵合金中用简单电脉冲方法改善合金的凝固组织、降低成分偏析和微结构控制，通过电脉冲参数的调节来调控高熵合金组织与性能，制备高硬度和高强度的合金变得尤为重要。

发明内容

本发明为解决目前技术的不足之处，将电脉冲处理方法应用于高熵合金的制备过程，通过参数调节制备出高硬度和高强度的合金；

本发明的另一目的是，提供一种能耗小、成本低、操作简单或是处理周期短的高熵合金组织结构调控方法。

本发明提供的技术方案为：提供一种调控CoCrFeNiCu高熵合金性能的方法，步骤如下：

利用熔炼法对坩埚内元素摩尔量等同的原料Co、Cr、Fe、Ni、Cu进行熔炼，熔体高温持续熔炼时间不小于10min；

将脉冲电极伸入刚刚停止加热的所述熔体中，用电压不小于100V，频率不小于5Hz的脉冲进行30～90s处理，得到CoCrFeNiCu高熵合金熔体；

所述CoCrFeNiCu高熵合金熔体自然冷却至室温，从所述坩埚内铸锭取出，得到CoCrFeNiCu高熵合金铸锭。

优选的是，所述原料Co、Cr、Fe、Ni、Cu单质纯金属的纯度大于99.8％，且为小体积的块材、棒材，便于使用。

优选的是，所述熔炼具体包括以下步骤：

步骤一：将所述原料Co、Cr、Fe、Ni、Cu按熔点由低到高从下往上依次放入所述坩埚中，再将所述坩埚套上一层石墨套。