[发明专利]一种核电设备取样刀具用FeCoCrCuAl高熵合金及制备方法与应用

说明书

本发明提供的一种核电设备取样刀具用FeCoCrCuAl高熵合金及制备方法与应用，以该FeCoCrCuAl高熵合金为原料，采用激光增材制造或熔焊的手段，合成高熵合金材料，能够有效缓各元素之间的热膨胀系数、熔点、弹性模量等差异，还可以降低增材制造过程中出现的残余应力水平，避免硬脆相的析出，能够达到刀具的制造要求，制造出高强度的高熵合金。采用制备FeCoCrCuAlsubgt;0.5/subgt;高熵合金、FeCoCrCuAsubgt;0.7/subgt;高熵合金、FeCoCrCuAl高熵合金用于刀具，能有拥有较高的硬度、耐磨性以及耐腐蚀性，可广泛应用于如钻削、铰削、铣削等系列刀具，特别的，使FeCoCrCuAl高熵合金能够满足核电站中较苛刻的刀具制造、使用要求。

技术领域

本发明涉及一种核电设备取样刀具用FeCoCrCuAl高熵合金，以及该FeCoCrCuAl高熵合金的制备方法与应用。

背景技术

随着现代先进制造业对切削效率和切削质量的要求不断提高，Fe基、Ti基合金之类的传统合金无法满足对高速切削制造工艺的高要求，传统合金刀具的制备多是采用备料、制备贫碳合金粉末、制备烧结基体、渗碳处理和分步烧制来制备，或者采用粉碎、混合、模压、烧结来制备。采用传统合金刀具在做与核电站有关的切削实验时，由于不可避免地有碳元素的析出，对核电不锈钢力学性能、耐腐蚀性能影响很大，所以核电关键部件要严格控制碳含量范围。

因此，发明人需要研究设计出一种特殊合金，该特殊合金要求具备传统合金不曾有的优点，可同时兼顾高硬度、高耐磨性、高塑韧性等优异品质，采用不含有碳元素的特殊合金制备刀具，在做与核电站有关的切削实验时，在钻孔的过程中不会引起取样磨屑中含碳量的增加，以便于精准测试关键部件成分，确保性能可靠。

然而，在寻求特殊合金的制造生产过程中，在采用与传统合金不同的制备方法中，常用的技术方法有电弧熔化、粉末冶金、磁控溅射、电镀及化学气相沉积。但电弧熔化、粉末冶金制备的合金需要大量昂贵的金属粉末，大大增加了成本。而磁控溅射、电镀及化学气相沉积制备的合金厚度有限，因此也不适用于刀具的应用。

有鉴于此，需要对能够适用于核电站用的刀具用合金做进一步成分优化、制备优化的设计与研究。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种核电设备取样刀具用FeCoCrCuAl高熵合金及制备方法与应用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种核电设备取样刀具用FeCoCrCuAl高熵合金，以重量百分数计，所述FeCoCrCuAl高熵合金的组成为：

优选地，以重量百分数计，所述FeCoCrCuAl高熵合金由铁22％，钴23％，铬20％，铜25％，铝10％配置而成。

优选地，所述FeCoCrCuAl高熵合金呈粉末状，所述FeCoCrCuAl高熵合金粉末的粒度为100目～350目。

优选地，所述FeCoCrCuAl高熵合金为呈块体状或者呈薄膜状。

进一步地，所述FeCoCrCuAl高熵合金经3D打印成型获得。

本发明的第二目的是提供一种如上述核电设备取样刀具用FeCoCrCuAl高熵合金的制备方法，

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种如上述核电设备取样刀具用FeCoCrCuAl高熵合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)配料：按照目标成分配备金属铁、金属钴、金属铬、金属铜、金属铝；

(2)熔炼：将配好的金属铁、金属钴、金属铬、金属铜、金属铝加入至中频感应炉中，通电加热使其熔化，炉前调整成分合格后，出炉；

(3)真空气雾化：将经步骤(2)获得的合金溶液雾化获得合金粉末，其中，雾化介质为氩气；