一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法

摘要

本发明提供了一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法，包括以下步骤：以高纯单质元素为原料，按比例混匀，并进行预处理；利用电弧熔炼炉熔炼得到高熵合金铸锭；将板结的B2O3捣成小的粉块，作为净化剂；将待热处理的高熵合金铸锭样品置于石英玻璃管内部，并在样品表面铺覆B2O3净化剂，至净化剂完全包覆高熵合金铸锭样品；进行热处理，达到指定保温时间后将样品取出淬火处理，得到样品。本发明对CoCrCuFeNi高熵合金进行热处理后所获得的合金组织相对于铸态下第二相明显球化，同时对CoCrCuFeNi高熵合金进行热处理后所获得的合金磁性能大幅度提高，且随着热处理时间的长短提高的程度不同，简单方便，拓展了高熵合金的功能化应用。

权利要求

1.一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、以高纯单质元素为原料，按比例混匀，并进行预处理；

S2、利用电弧熔炼炉熔炼得到高熵合金铸锭；

S3、将板结的B2O3捣成小的粉块，作为净化剂；

S4、将待热处理的高熵合金铸锭样品置于石英玻璃管内部，并在样品表面铺覆B2O3净化剂，至净化剂完全包覆高熵合金铸锭样品；所述高熵合金铸锭样品的寸为4×5×5mm，后期进行磁学性能测试时，切割样品尺寸为2×2×2mm；

S5、将装有净化剂和高熵合金铸锭样品的石英玻璃管放在电阻加热炉炉体内，以60 K/min的升温速度加热至1200℃进行保温处理，保温处理时间30h，且在达到保温时间后将样品迅速取出进行淬火处理，得到净化剂包覆的样品；施加1200℃热处理30h后磁性能显著提高，相比铸态，提高到原来的15倍。

2.根据权利要求1所述的一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法，其特征在于，所述高纯单质元素具体为纯度为99.95%的Co、Cr、Cu、Fe、Ni，Co，Cr，Cu、Fe，Ni均为固态的单质原料，以Co:Cr:Cu:Fe:Ni=1:1:1:1:1:1的原子比例混合。

3.根据权利要求1所述的一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法，其特征在于，所述预处理是将高纯单质元素原料采用砂轮机打磨，除去表面的氧化皮，并用酒精进行超声波清洗10min‑20min，去掉中间合金表面灰尘及油污，然后置于烘干箱烘干，烘干后装入试样袋待用。

4.根据权利要求1所述的一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法，其特征在于，在S2中，电弧熔炼炉采用非自耗真空电弧熔炼炉，熔炼得到质量为40 50g~的高熵合金铸锭。

5.根据权利要求4所述的一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法，其特征在于，在制备高熵合金铸锭时，先将电弧熔炼炉炉体内部擦拭干净，然后将原料放入熔炼炉中，此时熔炼炉内处于大气状态，然后不断抽气和充氩气，使炉内保持真空状态，最终使得炉内抽真空至0.05 MPa以下随后用氩气充满炉体，使得熔炼过程在氩气氛围下，避免金属熔炼过程中氧化。

6.根据权利要求5所述的一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法，其特征在于，为保证高熵合金铸锭的均匀性，至少翻转熔炼5次及以上，最终得到纽扣状的高熵合金铸锭。

7.根据权利要求1所述的一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法，其特征在于，板结的B2O3捣成小的粉块的尺寸小于石英管玻璃内径，可覆盖样品表面即可。

说明书

一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法

技术领域

[0001] 本发明属于高熵合金组织热处理方法技术领域，具体涉及一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法。

背景技术

[0002] 高熵合金通常由5种或5种以上的元素以等摩尔或者近等摩尔比组成。高熵合金由于其高的混合熵值，通常形成简单体心立方(BCC)，面心立方(FCC)以及密排六方(HCP)结构，呈现出优异的性能，如高强度、高硬度、良好的高温组织稳定性和高温抗氧化性、耐腐蚀、优异的磁性能等。高熵合金目前已经成为金属材料研究领域的热点之一，具有广阔的工业应用前景和研究价值。

[0003] 在目前研究高熵合金磁性能中，通常是以提高某种铁磁性元素的含量、调控不同相含量、施加外场等手段来改变材料的磁性能。有学者在AlNiCo合金中添加Cu元素从而提高合金矫顽力，添加铁磁性Fe元素增强铁磁交换作用，从而促进合金的软磁行为。

[0004] 也有通过惰性气体冷凝法(IGC)制备了具有纳米多相结构的CoCrFeNiMn高熵合金，这样的制备方法与其他方法相比，使得材料的居里温度提高了10倍，并且可以通过后续退火过程调控纳米相的形成和结构演化，进而改善磁性能。此外还有通过调控合金凝固速度，在快速凝固条件下获得了具有优异软磁性能和耐腐蚀性能的FeCoNiAl0.2Si0.2高熵合金。上述方法改善高熵合金组织及磁性能虽然可以达到效果，但往往实验周期较长且成本较高，因此迫切需要寻找一种低成本可改善CoCrCuFeNi高熵合金磁性能的方法。

[0005] 由于热处理炉在工厂和实验室中随处可见，成本较低，且实验操作性强。目前，通过调控热处理温度改变相变过程、纳米相结构、固溶体的固溶度等，进而改善高熵合金性能方法已经逐渐被学者观察到。

[0006] 基于此，提出一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法，包括以下步骤：

[0009] S1、以高纯单质元素为原料，按比例混匀，并进行预处理；

[0010] S2、利用电弧熔炼炉熔炼得到高熵合金铸锭；

[0011] S3、将板结的B2O3捣成小的粉块，作为净化剂；

[0012] S4、将待热处理的高熵合金铸锭样品置于石英玻璃管内部，并在样品表面铺覆B2O3净化剂，至净化剂完全包覆高熵合金铸锭样品；

[0013] S5、将装有净化剂和高熵合金铸锭样品的石英玻璃管放在电阻加热炉炉体内，加热后进行保温处理，达到指定保温时间后将样品取出淬火处理，得到净化剂包覆的样品。

[0014] 进一步的，所述高纯单质元素具体为纯度为99.95％的Co、Cr、Cu、Fe、Ni，Co，Cr，Cu、Fe，Ni均为固态的单质原料，以Co:Cr:Cu:Fe:Ni＝1:1:1:1:1:1的原子比例混合。

[0015] 进一步的，所述预处理是将高纯单质元素原料采用砂轮机打磨，除去表面的氧化皮，并用酒精进行超声波清洗10min‑20min，去掉中间合金表面灰尘及油污，然后置于烘干箱烘干，烘干后装入试样袋待用。

[0016] 进一步的，在S2中，电弧熔炼炉采用非自耗真空电弧熔炼炉，熔炼得到质量约为40～50g的高熵合金铸锭。

[0017] 进一步的，在制备高熵合金铸锭时，先将电弧熔炼炉炉体内部擦拭干净，然后将原料放入熔炼炉中，此时熔炼炉内处于大气状态，然后不断抽气和充氩气，使炉内保持真空状态，最终使得炉内抽真空至0.05MPa以下随后用氩气充满炉体，使得熔炼过程在氩气氛围下，避免金属熔炼过程中氧化。

[0018] 进一步的，为保证高熵合金铸锭的均匀性，至少翻转熔炼5次及以上，最终得到纽扣状的高熵合金铸锭。

[0019] 进一步的，板结的B2O3捣成小的粉块的尺寸小于石英管玻璃内径，可覆盖样品表面即可。

[0020] 进一步的，在S5中，电阻加热炉炉体加热时的升温速度为60K/min，在1200℃处进行保温处理。

[0021] 进一步的，保温处理时间大于2h，且在保温时间后将样品迅速取出进行淬火处理。

[0022] 进一步的，在S4中，所述高熵合金铸锭样品的寸为4×5×5mm，后期进行磁学性能测试时，切割样品尺寸为2×2×2mm。

[0023] 本发明与现有技术相比具有以下优点：

[0024] 本发明通过在大气环境下用净化剂对高熵合金铸锭样品进行包覆，对CoCrCuFeNi高熵合金进行热处理后所获得的合金组织相对于铸态下第二相明显球化，同时对CoCrCuFeNi高熵合金进行热处理后所获得的合金磁性能大幅度提高，且随着热处理时间的长短提高的程度不同，简单方便，拓展了高熵合金的功能化应用。

附图说明

[0025] 图1是本发明实施例1中铸态和1200℃热处理5h后CoCrCuFeNi高熵合金样品的组织形貌的图片，图中：

[0026] (a)为未经过热处理，铸态；

[0027] (b)1200℃热处理5h。

[0028] 图2是本发明实施例1中不同条件下CoCrCuFeNi高熵合金样品的磁滞回线，测试温度为室温。

[0029] 图3是本发明实施例2中铸态和1200℃热处理30h后CoCrCuFeNi高熵合金样品的组织形貌的图片，图中：

[0030] (a)未经过热处理，铸态；

[0031] (b)1200℃热处理30h。

[0032] 图4是本发明实施例2中经1200℃热处理30h后CoCrCuFeNi高熵合金样品磁滞回线，测试温度为室温。

具体实施方式

[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 实施例1，本发明提供一种技术方案：一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法，包括以下步骤：

[0035] S1、选取纯度为99.95％的高纯Co、Cr、Cu、Fe、Ni作为原料，Co、Cr、Cu、Fe、Ni均为固态的单质原料，以Co:Cr:Cu:Fe:Ni＝1:1:1:1:1:1的原子比配料，将高纯单质元素原料采用砂轮机打磨，除去表面的氧化皮，用酒精进行超声波清洗10min后置用吹风机烘干，装入试样袋待用。

[0036] S2、先将真空电弧熔炼炉内擦拭干净，随后将原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，在熔炼室内充氩气，使炉内压力达到0.05MPa后关闭充氩气阀门，如此循环三次，保证炉内气体纯净，随后开始熔炼，翻转熔炼5次，得到45±2g的纽扣状高熵合金铸锭。

[0037] S3、将经过预处理后板结的B2O3捣成小的粉块，粉块的尺寸小于石英管玻璃内径，可覆盖样品表面即可，置于试样袋中备用。

[0038] S4、在外径7mm，内径5mm的石英玻璃管内底部铺覆一层S3中制备的B2O3净化剂，将4×5×5mm的CoCrCuFeNi高熵合金铸锭样品置于石英玻璃管内部，并在石英玻璃管上再铺覆净化剂，使净化剂将该CoCrFeNi高熵合金铸锭样品完全包覆。

[0039] S5、将装有净化剂和高熵合金铸锭样品的石英玻璃管放在电阻加热炉炉体内，加热后进行保温处理加热时的升温速度为60K/min，在1200℃进行保温5h，达到指定保温时间后将样品迅速取出，进行淬火处理，最终得到净化剂包覆的样品。

[0040] 将经过热处理的CoCrCuFeNi高熵合金样品表面擦拭干净后，进行打磨抛光处理观察其显微组织，随后切取2×2×2mm的方块，采用PPMS对方块进行磁化曲线测试测试温度为室温。试验结果如图1和图2所示，图1是铸态和1200℃热处理5h后CoCrCuFeNi高熵合金样品的组织形貌的图片，图中：(a)为未经过热处理，铸态；(b)1200℃热处理5h；图2是不同条件下CoCrCuFeNi高熵合金样品的磁滞回线，测试温度为室温。

[0041] 结果显示经1200℃热处理5h的CoCrCuFeNi高熵合金组织中白色相球化，同时施1200热处理5h后磁性能显著提高。

[0042] 实施例2，本发明提供一种技术方案：一种利用热处理调控CoCrCuFeNi高熵合金组织及磁性的方法，包括以下步骤：

[0043] S1、选取纯度为99.95％的高纯Co、Cr、Cu、Fe、Ni作为原料，Co、Cr、Cu、Fe、Ni均为固态的单质原料，以Co:Cr:Cu:Fe:Ni＝1:1:1:1:1:1的原子比配料，将高纯单质元素原料采用砂轮机打磨，除去表面的氧化皮，用酒精进行超声波清洗10min后置用吹风机烘干，装入试样袋待用。

[0044] S2、先将真空电弧熔炼炉内擦拭干净，随后将原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，在熔炼室内充氩气，使炉内压力达到0.05MPa后关闭充氩气阀门，如此循环三次，保证炉内气体纯净，随后开始熔炼，翻转熔炼5次，得到45±2g的纽扣状高熵合金铸锭。

[0045] S3、将经过预处理后板结的B2O3捣成小的粉块，粉块的尺寸小于石英管玻璃内径，可覆盖样品表面即可，置于试样袋中备用。

[0046] S4、在外径7mm，内径5mm的石英玻璃管内底部铺覆一层S3中制备的B2O3净化剂，将4×5×5mm的CoCrCuFeNi高熵合金铸锭样品置于石英玻璃管内部，并在石英玻璃管上再铺覆净化剂，使净化剂将该CoCrFeNi高熵合金铸锭样品完全包覆。

[0047] S5、将装有净化剂和高熵合金铸锭样品的石英玻璃管放在电阻加热炉炉体内，加热后进行保温处理加热时的升温速度为60K/min，在1200℃进行保温30h，达到指定保温时间后将样品迅速取出，进行淬火处理，最终得到净化剂包覆的样品.

[0048] 将经过热处理的CoCrCuFeNi高熵合金样品表面擦拭干净后，进行打磨抛光处理观察其显微组织，随后切取2×2×2mm的方块，采用PPMS对方块进行磁化曲线测试测试温度为室温。试验结果如图3和图4所示，图3是铸态和1200℃热处理30h后CoCrCuFeNi高熵合金样品的组织形貌的图片，图中：(a)未经过热处理，铸态；(b)1200℃热处理30h；图4是经1200℃热处理30h后CoCrCuFeNi高熵合金样品磁滞回线，测试温度为室温。

[0049] 结果显示，经1200℃热处理30h的CoCrCuFeNi高熵合金组织中白色相球化，且球化相的尺寸有所增大。同时施1200热处理30h后磁性能显著提高，相比铸态，提高到原来的15倍。

[0050] 因此，本申请将热处理直接作用于CoCrCuFeNi高熵合金调控其显微组织和性能有以下的优势：

[0051] 1、实验所需设备较为简单，且实验周期短，热处理过程也可在玻璃包覆下进行，不需要复杂的封管工艺等。

[0052] 2、不需要改变合金成分即可提高磁性能，仅通过热处理即可改变材料的磁性能，工艺简单，成本低且耗能小。

[0053] 3、效果明显，通过热处理后，CoCrCuFeNi高熵合金的显微组织发生了明显变化，且磁性能得到了极大的提高。

[0054] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

[0055] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。