[发明专利]一种大规格含锰高熵合金铸锭制备方法

说明书

一种大规格含锰高熵合金铸锭制备方法，按照Fe‑Cr‑Ni‑Mn高熵合金中Fe、Cr、Ni及Mn元素的含量均为25at.％，称量Fe、Cr、Ni及Mn的重量，加入到坩埚内；然后采用一次充氩真空感应熔炼，得到高熵合金一次铸锭，再采用充氩自耗电弧熔炼两次，最后进行真空热处理，得到大规格含锰高熵合金铸锭。在高熵合金制备方面，合金铸锭是通过一次充氩真空感应熔炼，再通过两次充氩自耗电弧熔炼，然后进行真空热处理，该方法制备高熵材料工艺简单易行，效率高，对设备要求低，成本低。本发明制备的高熵合金铸锭成分准确，均匀性好，为后续的热加工工续提供了优良的坯料。

技术领域

本发明涉及核动力技术领域，具体涉及一种大规格含锰高熵合金铸锭制备方法。

背景技术

在核电的发展中，核裂变的过程中存在大量的辐射，因此，对核反应堆结构材料的性能要求十分严格。尤其是对于核燃料包壳材料而言，其工况更为苛刻，不仅要面临高温、高压和强烈的中子辐照，同时还要承受腐蚀、冲刷、振动以及氢脆等的威胁，所以对核包壳材料的各项性能的要求就更为严格。

高熵合金是一种新型的合金材料。高熵合金特殊的组织结构赋予其优异的综合性能。其中，最典型的组织为多基元固溶体，由于固溶体中各基元的含量相吾，无明显的溶剂和溶质之分。高熵合金也被认为是一种超级固溶体，其固溶强化效应异常强烈，会显著提髙合金的强度和硬度，而少量有序相的析出和纳米晶及非晶相的出现也会对令金起到进一步强化的作用。此外，高熵合金的缓慢扩敢效应和多基元的集体效应也能显著影响合金的性能。

高熵合金在机械性能、耐腐蚀、耐磨损、磁学性能、抗辐照、低温性能等方面都很优异，被认为是很有前景的核反应堆候选材料。高熵合金中各元素组成较为平均，且各元素的熔点、平衡分配系数及饱和蒸汽压等参数存在较大差别，目前高熵合金铸锭制备还处于实验室阶段，均为不超过5kg的小型铸锭，并且在制备过程中存在严重的成分偏析及组织不均匀现象，远远不能满足工业需要。

发明内容

本发明目的在于克服现有合金的不足，提供一种大规格含锰高熵合金铸锭制备方法，制备的高熵合金铸锭具有优异综合性能，能够满足核工业中人们对材料使用性能的要求。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种大规格含锰高熵合金铸锭制备方法，按照Fe-Cr-Ni-Mn高熵合金中Fe、Cr、Ni及Mn元素的含量均为25at.％，称量Fe、Cr、Ni及Mn，加入到坩埚内；然后采用一次充氩真空感应熔炼，得到高熵合金一次铸锭，再采用充氩自耗电弧熔炼两次，最后进行真空热处理，得到大规格含锰高熵合金铸锭。

本发明进一步的改进在于，具体步骤如下：

步骤1，按照Fe-Cr-Ni-Mn高熵合金中Fe、Cr、Ni及Mn元素的含量均为25at.％，称量Fe、Cr、Ni及Mn的重量，加入到坩埚内；

步骤2，启动真空泵对坩埚内的原料进行抽真空，抽至真空度小于1Pa时，充氩气至4500-6500Pa，送电熔炼，熔炼功率先低后高，形成熔池后，全功率送电；

步骤3，待全部原料化清后，升温至1480±20℃，断电静置，降温，并送电至浇注温度1300±20℃，浇注锭模，浇注时间小于3秒，得到高熵合金一次铸锭；

步骤4，将高熵合金一次锭进行充氩真空自耗电弧熔炼，得到高熵合金成品铸锭；

步骤5，将高熵合金成品铸锭在真空条件下加热至1223-1373K并保温6-8小时；然后随炉冷却，得到大规格含锰高熵合金铸锭。

本发明进一步的改进在于，步骤1中，称量时，Mn元素的重量增加5％。

本发明进一步的改进在于，步骤2中，熔炼过程中，真空度保持在4500-6500Pa。

本发明进一步的改进在于，步骤2中，全功率为50～70KW。