本發(fā)明涉及金屬材料制備，尤其涉及一種利用強(qiáng)磁場(chǎng)輔助定向凝固制備高塑性共晶高熵合金的方法和裝置。
背景技術(shù)：
1、高熵合金是由多種組元以等量或大約等量混熔形成的合金，具有許多理想的性質(zhì)，以其獨(dú)特的成分構(gòu)型和優(yōu)異的性能，在材料科學(xué)及工程上受到重視，為制備高性能材料指引了新方向。其中，共晶高熵合金通過(guò)遺傳共晶合金優(yōu)異的熔體流動(dòng)性和鑄造性能以及自生復(fù)合材料特性實(shí)現(xiàn)了高熵合金與共晶合金的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有效解決了單相固溶體結(jié)構(gòu)高熵合金難以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度-塑性協(xié)同的工程化應(yīng)用難題。然而，作為潛在的工程結(jié)構(gòu)材料，更優(yōu)的強(qiáng)度-塑性協(xié)同始終是共晶高熵合金的追求目標(biāo)，以滿(mǎn)足市場(chǎng)愈發(fā)嚴(yán)苛的技術(shù)要求。但是現(xiàn)階段，共晶高熵合金力學(xué)性能優(yōu)化策略大多通過(guò)鑄造后機(jī)械熱處理實(shí)現(xiàn)，其步驟繁瑣，工藝復(fù)雜，導(dǎo)致共晶高熵合金的生產(chǎn)效率低且成本居高不下，嚴(yán)重限制了共晶高熵合金的發(fā)展和市場(chǎng)化應(yīng)用。
2、因此，如何以兼具高效率和經(jīng)濟(jì)性的制備工藝優(yōu)化共晶高熵合金的力學(xué)性能，成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種利用強(qiáng)磁場(chǎng)輔助定向凝固制備高塑性共晶高熵合金的方法和裝置，本發(fā)明提供的方法制備得到的共晶高熵合金可在不影響其強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，大幅度提高其塑性，同時(shí)制備方法簡(jiǎn)單，成本低且制備效率高。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
3、本發(fā)明提供了一種利用強(qiáng)磁場(chǎng)輔助定向凝固制備高塑性共晶高熵合金的方法，包括以下步驟：
4、(1)將原料依次進(jìn)行熔煉和鑄造，得到母合金鑄錠；
5、(2)將所述步驟(1)得到的母合金鑄錠在強(qiáng)磁場(chǎng)中依次進(jìn)行熔化和定向凝固，得到高塑性共晶高熵合金；
6、所述步驟(2)中強(qiáng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度≤12t，強(qiáng)磁場(chǎng)的方向與定向凝固的方向平行。
7、優(yōu)選地，所述步驟(1)中原料包括al顆粒、co顆粒、cr顆粒、fe顆粒和ni顆粒。
8、優(yōu)選地，所述al顆粒、co顆粒、cr顆粒、fe顆粒和ni顆粒的物質(zhì)的量之比為1：1：1：1：2.1。
9、優(yōu)選地，所述步驟(1)中母合金鑄錠為圓柱形母合金鑄錠；所述圓柱形母合金鑄錠的直徑為6～10mm，長(zhǎng)度為80～120mm。
10、優(yōu)選地，所述步驟(2)中強(qiáng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度為1～12t。
11、優(yōu)選地，所述步驟(2)中熔化的溫度為1450～1550℃，保溫時(shí)間為20～60min。
12、優(yōu)選地，所述步驟(2)中定向凝固的抽拉速度為50～150μm/s，定向凝固的抽拉長(zhǎng)度為100～150mm，定向凝固的抽拉方向?yàn)榇怪毕蛳隆?/p>
13、優(yōu)選地，所述步驟(2)中熔化和定向凝固在保護(hù)氣體中進(jìn)行。
14、優(yōu)選地，所述步驟(2)中高塑性共晶高熵合金的化學(xué)通式為alcocrfeni2.1。
15、本發(fā)明提供了一種制備上述技術(shù)方案所述高塑性共晶高熵合金的強(qiáng)磁場(chǎng)輔助定向凝固裝置，其特征在于，所述強(qiáng)磁場(chǎng)輔助定向凝固裝置包括加熱爐、溫度控制系統(tǒng)、液態(tài)金屬冷卻池、抽拉系統(tǒng)、水冷爐套和超導(dǎo)磁體。
16、本發(fā)明提供了一種利用強(qiáng)磁場(chǎng)輔助定向凝固制備高塑性共晶高熵合金的方法，包括以下步驟：(1)將原料依次進(jìn)行熔煉和鑄造，得到母合金鑄錠；(2)將所述步驟(1)得到的母合金鑄錠在強(qiáng)磁場(chǎng)中依次進(jìn)行熔化和定向凝固，得到高塑性共晶高熵合金；所述步驟(2)中強(qiáng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度≤12t，強(qiáng)磁場(chǎng)的方向與定向凝固的方向平行。本發(fā)明利用強(qiáng)磁場(chǎng)誘導(dǎo)定向凝固胞狀共晶組織細(xì)化，同時(shí)聯(lián)合胞狀共晶組織變形過(guò)程中顯著的異質(zhì)變形誘導(dǎo)硬化效應(yīng)，優(yōu)化共晶高熵合金的力學(xué)性能，特別是塑性的顯著提升；在磁場(chǎng)作用下，熱電磁效應(yīng)誘導(dǎo)合金熔體流動(dòng)，致使定向凝固共晶胞間距減小，同時(shí)耦合生長(zhǎng)共晶相的磁化導(dǎo)致擴(kuò)散邊界層內(nèi)原子的橫向擴(kuò)散被抑制，致使共晶片層間距減小，而在塑性變形過(guò)程中，細(xì)化的共晶組織一方面能夠有效分散應(yīng)變分布，使合金塑性提高，另一方面也導(dǎo)致異質(zhì)疇界面密度增大，增強(qiáng)異質(zhì)變形誘導(dǎo)硬化效應(yīng)，從而得到了兼具高強(qiáng)度和高塑性的共晶高熵合金；本發(fā)明通過(guò)在磁場(chǎng)下進(jìn)行定向凝固，不僅制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，且制備效率高，有利于工業(yè)大規(guī)模推廣。實(shí)施例的結(jié)果顯示，本發(fā)明提供的制備方法制備的共晶高熵合金與電弧熔煉鑄造態(tài)試樣相比較，其強(qiáng)度基本保持不變，塑性可提升近2.7倍，斷裂伸長(zhǎng)率最高達(dá)到了45％。
1.一種利用強(qiáng)磁場(chǎng)輔助定向凝固制備高塑性共晶高熵合金的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中的原料包括al顆粒、co顆粒、cr顆粒、fe顆粒和ni顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述al顆粒、co顆粒、cr顆粒、fe顆粒和ni顆粒的物質(zhì)的量之比為1：1：1：1：2.1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中母合金鑄錠為圓柱形母合金鑄錠；所述圓柱形母合金鑄錠的直徑為6～10mm，長(zhǎng)度為80～120mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中強(qiáng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度為1～12t。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中熔化的溫度為1450～1550℃，保溫時(shí)間為20～60min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中定向凝固的抽拉速度為50～150μm/s，定向凝固的抽拉長(zhǎng)度為100～150mm，定向凝固的抽拉方向?yàn)榇怪毕蛳隆?/p>
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中熔化和定向凝固在保護(hù)氣體中進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中高塑性共晶高熵合金的化學(xué)通式為alcocrfeni2.1。
10.一種制備權(quán)利要求1～9任意一項(xiàng)所述高塑性共晶高熵合金的強(qiáng)磁場(chǎng)輔助定向凝固裝置，其特征在于，所述強(qiáng)磁場(chǎng)輔助定向凝固裝置包括加熱爐、溫度控制系統(tǒng)、液態(tài)金屬冷卻池、抽拉系統(tǒng)、水冷爐套和超導(dǎo)磁體。