本發(fā)明涉及一種耐海水腐蝕al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金材料及制備方法，屬于新型合金材料及其制備。

背景技術(shù)：

1、高熵合金是一種新合金體系，其獨(dú)特的成分、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其擁有與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料相比較為良好的綜合性能，比如，己有研究表明高熵合金具有如高強(qiáng)度、高韌性、良好的耐磨性等突出的力學(xué)性能，使其作為潛在的結(jié)構(gòu)材料，成為研究熱點(diǎn)。同時(shí)，一些含有cr、ni等易鈍化合金元素的高摘合金體系也被報(bào)道出具有良好的耐蝕性能，而在開發(fā)新型合金材料的過(guò)程中，耐蝕性能是必須考慮的一項(xiàng)重要因素。2005年chen等報(bào)道的cuxnialcocrfesi高熵合金在鹽水和酸性環(huán)境中具有比傳統(tǒng)304不誘鋼更優(yōu)異的耐均勻腐蝕性能，表明高熵合金作為耐蝕結(jié)構(gòu)材料的潛在應(yīng)用價(jià)值。

2、目前，對(duì)于高熵合金耐蝕性能的研究仍處于起步階段。研宄人員希望通過(guò)耐蝕元素的添加，如al、mo、ti等，進(jìn)一步提高高熵合金的耐蝕性，并且，al、ti等合金元素的添加還可使高熵合金輕量化，且能進(jìn)一步提高合金的抗拉強(qiáng)度和硬度。然而，研究表明，al、mo、ti等元素的添加在超過(guò)一定含量時(shí)會(huì)使高熵合金的耐蝕性能急劇下降，這與元素的添加導(dǎo)致的合金的組織轉(zhuǎn)變相關(guān)，而目前缺乏系統(tǒng)地對(duì)耐蝕高熵合金的成分-組織-腐蝕性能關(guān)聯(lián)性研究。目前，基于alfenicrv體系的高熵合金還未見報(bào)告，因此開發(fā)具有優(yōu)異耐蝕性的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金具對(duì)高熵合金的發(fā)展和高耐蝕性能探索具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是開發(fā)一種具備優(yōu)異耐海水腐蝕性能的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金，同時(shí)通過(guò)調(diào)整時(shí)效熱處理時(shí)間改善al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金的析出相組織、硬度和耐蝕性能，同時(shí)提供相應(yīng)的制備方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種耐腐蝕的al-fe-ni-cr-v系高熵合金，其特征在于所述的高熵合金成分為al0.4feni2.2cr0.9v0.2，其中al?8.5％，fe?21.3％，ni?46.8％，cr?19.1％，v?4.3％。

4、進(jìn)一步地，所述的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金的相組成特點(diǎn)為fcc相和ni3al型納米析出相，表現(xiàn)出均勻彌散分布的特點(diǎn)。

5、進(jìn)一步的，所述的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金具有良好的硬度，硬度值為300-350hv。

6、進(jìn)一步的，所述的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金在3.5wt.％nacl溶液中展現(xiàn)出優(yōu)異的耐蝕性能，腐蝕電流密度低于9.348×10-7a/cm2。

7、如上所述的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

8、步驟一，超聲清洗與材料稱重：將所述的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金的制備al、fe、ni、cr、v分別放入容器中，先使用丙酮溶液在超聲波震蕩裝置中震蕩清洗10-20分鐘，然后使用無(wú)水乙醇進(jìn)行同樣的操作，最后將材料吹干備用；將所述的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金按原子百分比換算成對(duì)應(yīng)重量并進(jìn)行稱重，其中al?8.5％，fe?21.3％，ni?46.8％，cr19.1％，v?4.3％；

9、步驟二，熔煉：將步驟一中的材料放入wk-ⅱ型真空電弧爐中，使用機(jī)械和分子泵抽真空至1～5×10?-4pa，然后緩慢充入氬氣使真空度達(dá)到1～5×10?4pa，再次調(diào)節(jié)電弧爐的真空度至1～5×10?-4pa；此過(guò)程重復(fù)3次，保證真空室內(nèi)無(wú)氧氣存在。最后緩慢通入氬氣至-0.02～-0.05mpa，在180～300a的電弧電流下熔煉材料50-100s；

10、步驟三，按照步驟二的要求重復(fù)熔煉多次保證成分均勻，冷卻10-30min后得到al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金。

11、進(jìn)一步地，所述步驟三得到的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金進(jìn)行熱處理，具體步驟是(1)將熔煉好的棒狀al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金在ar氣氣氛中1200℃均勻化12h，水淬。

12、(2)將步驟一中的材料冷軋至80％，切割為10×10×3mm標(biāo)準(zhǔn)試樣，在1100℃下退火10min后水淬。

13、(3)將步驟二中的試樣在750℃下分別時(shí)效處理1/2/4/10h，空冷得到最終高硬度和超耐蝕的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金。

14、本發(fā)明提供了一種超耐海水腐蝕的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金，通過(guò)調(diào)整時(shí)效熱處理時(shí)間，改善al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金的微觀組織、析出相特征、硬度和耐蝕性。該al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金的相組成特點(diǎn)為fcc相和ni3al型納米析出相，表現(xiàn)出均勻彌散分布的特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，在al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金中形成了退火孿晶，析出相尺寸增加，形狀更加均勻，析出相的存在還起到了細(xì)化晶粒的作用，不僅提高了高熵合金的硬度，同時(shí)顯著提升了高熵合金在3.5wt.％nacl溶液中的耐蝕性能。所述高熵合金采用純度不小于99.9wt.％的原材料，其形態(tài)為小塊體狀或顆粒狀。

15、本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：

16、(1)本發(fā)明的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金中晶粒得到細(xì)化，析出相的產(chǎn)生改善了高熵合金的顯微結(jié)構(gòu)和性能；

17、(2)本發(fā)明的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金具有簡(jiǎn)單fcc相和ni3al型納米析出相，表現(xiàn)出均勻彌散分布的特點(diǎn)。

18、(3)本發(fā)明的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金在3.5wt.％nacl溶液中具有優(yōu)異的耐蝕性，其腐蝕電流密度低于9.348×10-7a/cm2且具有明顯的鈍化區(qū)。在化工生產(chǎn)和石油裝備工業(yè)具有良好的應(yīng)用前景。

19、(4)本發(fā)明的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金具有良好的硬度，析出相的產(chǎn)生有效提升了高熵合金的硬度，硬度值為300-350hv。

技術(shù)特征：

1.一種耐腐蝕的al-fe-ni-cr-v系高熵合金，其特征在于所述的高熵合金成分為al0.4feni2.2cr0.9v0.2，其中al?8.5％，fe?21.3％，ni?46.8％，cr?19.1％，v4.3％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金，其特征在于所述的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金的相組成特點(diǎn)為fcc相和ni3al型納米析出相，表現(xiàn)出均勻彌散分布的特點(diǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金，其特征在于所述的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金具有良好的硬度，硬度值為300-350hv。

4.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金，其特征在于所述的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金在3.5wt.％nacl溶液中展現(xiàn)出優(yōu)異的耐蝕性能，腐蝕電流密度低于9.348×10-7a/cm2。

5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的al0.4feni2.2cr0.9v0.2高熵合金的熱處理方法，其特征在于包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種含納米析出相的耐海水腐蝕高熵合金材料及其制備技術(shù)。該高熵合金的成分組成為Al0.4FeNi2.2Cr0.9V0.2，各組分按原子百分比以此為：Al8.5％，F(xiàn)e?21.3％，Ni?46.8％，Cr?19.1％，V?4.3％。通過(guò)調(diào)整時(shí)效熱處理時(shí)間，改善高熵合金的微觀組織、析出相特征、硬度和耐蝕性。本發(fā)明通過(guò)WK?Ⅱ型真空電弧爐制備高熵合金，制備方法包括：超聲清洗與材料稱重；熔煉：使用WK?Ⅱ型真空電弧爐在氬氣環(huán)境下反復(fù)熔煉材料多次。本發(fā)明所制備的Al0.4FeNi2.2Cr0.9V0.2高熵合金具有雙相結(jié)構(gòu)，組織均勻，且在海水溶液的苛刻環(huán)境中顯示出優(yōu)異的耐蝕性。Al0.4FeNi2.2Cr0.9V0.2高熵合金同時(shí)具備良好的硬度和耐蝕性，在化工生產(chǎn)和石油裝備工業(yè)具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：李春玲,溫夢(mèng)楠,付禹,王志坤,孫霜青,胡松青,王秀民
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)石油大學(xué)（華東）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2