一种基于箔材卷绕的轻质高熵合金带/丝材制备工艺

1.本发明属于高熵合金技术领域，具体涉及一种基于箔材卷绕的轻质高熵合金带/丝材制备工艺。


背景技术：

2.高熵合金(highentropyalloys，heas)一般含有四种及以上的合金元素，根据所需合金性能的要求，通过选择性的添加某些合金元素并控制合金元素的比例，可以改变合金的晶体结构和相组成，从而实现合金性能的突破。独特的设计理念赋予了高熵合金优异的力学性能和功能性能，例如高强度、高韧性、低温断裂韧性、优异的磁性能及导电性能等，在工业制造领域有着广阔的发展前景。轻质高熵合金是高熵合金的一个分支，轻质高熵合金通常选用密度较低的活性元素，如铝、锂、镁等作为合金主元，其本身低密度的特点使其具有传统高熵合金无法比拟的高比强度、高比硬度等独特优势。
3.高熵合金烧结通常使用机械合金化法、真空电弧熔铸法或真空感应熔炼法。轻质高熵合金发展时间较短，主要也使用上述三种方法制备，但因轻质金属元素铝、锂、镁等元素多为活泼金属，传统机械合金化法需要将多种金属粉末高速混合球磨，会产生不可控的反应，且易引入其他杂质，存在严重的安全隐患。机械合金化法要求材料为粉末，但对于某些轻质元素如zn、li等粉末极易爆炸，难以制备，且制备合金尺寸受模具限制，周期长难以量产。真空电弧熔炼材料烧损率大，真空感应熔炼耗电极大，成本均较高，且对于熔点温差大的合金组分难以保证其成分均匀性，易产生成分偏析。对于上述问题，公开号为：cn110714156a的中国专利公开了一种轻质高熵合金的制备工艺，使用电阻炉进行熔炼，损耗小易控温，但对于含高原子比al、li、mg元素的合金，仍会出现成分偏析等问题。
4.因此非常急需开发一种新的轻质高熵合金带/丝材制备工艺解决以上问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种基于箔材卷绕的轻质高熵合金带/丝材制备工艺，通过将金属箔材堆叠卷绕后放入马弗炉烧结成锭，随后轧制成箔材，再次卷绕后放入马弗炉中重熔三次后裁剪成型。
6.为了实现以上目的，本发明的技术方案之一为：一种基于箔材卷绕的轻质高熵合金带/丝材制备工艺，具体包括如下步骤：
7.s1：将不同轻质高熵合金成分的金属箔材堆叠卷绕成卷材：将金属箔材有序堆叠，将堆叠好的金属箔材紧密折叠，均匀缠绕收卷成同轴圆柱体卷材坯料；
8.s2：对步骤s1得到的卷材坯料放入马弗炉烧结，根据合金组分确定烧结温度与升温速率，随后随炉空冷并获得合金锭；
9.s3：对步骤s2制得的合金锭进行轧制得到金属箔材1；
10.s4：对步骤s3得到的金属箔材1紧密叠放，均匀缠绕收卷成同轴圆柱体卷材坯料，重复步骤s2和s3的操作制得金属箔材2；
11.s5：对上述得到的金属箔材重复步骤s4的操作制得金属箔材3；
12.s6：对步骤s5得到的金属箔材3裁剪成带材或进一步搓制成丝材，最终得到成分均匀的轻质高熵合金带/丝材。
13.优选的，所述步骤s1中有序堆叠是按照熔点高低交错堆叠，即由下至上按照熔点高-低-高-低-高的顺序堆叠。
14.优选的，所述步骤s1中轻质高熵合金成分为铝、锂、镁、锌、锡中的一种或多种。
15.优选的，所述步骤s1中金属箔材的纯度为99.9％。
16.优选的，所述步骤s2中烧结温度为700-1100℃，升温速率为2-5℃/min，烧结时间为2-6h。
17.优选的，所述步骤s2中的烧结气氛为氩气或真空气氛。
18.优选的，所述步骤s3中轧制工艺采取双辊连续铸轧技术将合金锭制备成金属箔材。
19.优选的，所述步骤s3中得到的金属箔材1的厚度为0.08-0.12mm。
20.为了实现以上目的，本发明的技术方案之二为：一种基于箔材卷绕的轻质高熵合金带/丝材制备工艺制得的轻质高熵合金带/丝材。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
22.1.本发明采用金属箔材堆叠卷绕的方式提高材料混合均匀度，不需要高速球磨，避免了多个活泼元素混合球磨带来的安全隐患，提高了材料化学均质性和安全性；
23.2.本发明使用金属箔材作为原料，避免了使用具有易制爆危险的活泼金属粉末为原料，解决了原料限制问题；
24.3.本发明可有效抑制非等原子比高熵合金易出现偏析、合金化等问题；
25.4.本发明采用易控温的马弗炉进行合金锭烧结，可根据不同合金组分调节升温曲线，将烧结温度控制在合金熔融态附近，避免了传统熔炼工艺高能耗和高烧损率的问题。
附图说明
26.图1为本发明的一种基于箔材卷绕的轻质高熵合金带/丝材制备工艺流程图；
27.图2为本发明的金属箔材堆叠卷绕成卷材的示意图；
28.图3为本发明实施例1制得的合金带材的扫描电镜微观组织图。
具体实施方式
29.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例对本发明进行更详细地描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。文中相同的附图标记始终代表相同的元件，相似的附图标记代表相似的元件。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“横”、“竖”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图中的立体图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.一种基于箔材卷绕的轻质高熵合金带/丝材制备工艺，具体包括如下步骤：
32.s1：将不同轻质高熵合金成分的金属箔材堆叠卷绕成卷材：将金属箔材有序堆叠，
将堆叠好的金属箔材紧密折叠，均匀缠绕收卷成同轴圆柱体卷材坯料；
33.s2：对步骤s1得到的卷材坯料放入马弗炉烧结，根据合金组分确定烧结温度与升温速率，随后随炉空冷并获得合金锭；
34.s3：对步骤s2制得的合金锭进行轧制得到金属箔材1；
35.s4：对步骤s3得到的金属箔材1紧密叠放，均匀缠绕收卷成同轴圆柱体卷材坯料，重复步骤s2和s3的操作制得金属箔材2；
36.s5：对上述得到的金属箔材重复步骤s4的操作制得金属箔材3；
37.s6：对步骤s5得到的金属箔材3裁剪成带材或进一步搓制成丝材，最终得到成分均匀的轻质高熵合金带/丝材。
38.所述步骤s1中有序堆叠是按照熔点高低交错堆叠，即由下至上按照熔点高-低-高-低-高的顺序堆叠。
39.所述步骤s1中轻质高熵合金成分为铝、锂、镁、锌、锡中的一种或多种。
40.所述步骤s1中金属箔材的纯度为99.9％。
41.所述步骤s2中烧结温度为700-1100℃，升温速率为2-5℃/min，烧结时间为2-6h。
42.所述步骤s2中的烧结气氛为氩气或真空气氛。
43.所述步骤s3中轧制工艺采取双辊连续铸轧技术将合金锭制备成金属箔材。
44.所述步骤s3中得到的金属箔材1的厚度为0.08-0.12mm。
45.一种基于箔材卷绕的轻质高熵合金带/丝材制备工艺制得的轻质高熵合金带/丝材。
46.以下结合具体实例对本发明一种箔材卷绕-马弗炉烧结复合的轻质高熵合金带材制备工艺进行详细描述：
47.实施例1
48.s1：将al、li、mg、zn和sn金属箔材按照一定顺序堆叠收卷成卷材：
49.s11：将al金属箔材、li金属箔材、mg金属箔材、zn金属箔材和sn金属箔材以al
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li5mg5zn5sn5的原子摩尔比称重，裁剪成形状相同的金属箔材；按照熔点分布均匀化的原则，由下至上以al-li-al-mg-al-zn-al-sn-al的顺序堆叠；
50.s12：将堆叠好的金属箔材紧密折叠，均匀缠绕收卷成同轴圆柱体卷材坯料，金属箔材的纯度为99.9％。
51.s2：对步骤s1得到的卷材坯料放入氧化铝坩埚进行马弗炉烧结，升温速率设定为5℃/min，首先升温到700℃，保温1h；随后以2℃/min的速率升温至1100℃，保温2h；保温完毕后随炉空冷，并获得al
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li5mg5zn5sn5合金锭。
52.s3：对步骤s2得到的al
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li5mg5zn5sn5合金锭采用双辊连续铸轧技术制备成厚度为0.1mm的金属箔材1；将合金箔材再次裁剪成长条，并均匀缠绕收卷成同轴圆柱体卷材坯料。
53.s4：对步骤s3得到的金属箔材1紧密叠放，均匀缠绕收卷成同轴圆柱体卷材坯料，重复步骤s2和s3的操作制得金属箔材2；
54.s5：对上述得到的金属箔材重复步骤s4的操作制得金属箔材3。
55.s6：对步骤s5得到的金属箔材3裁剪成带材，最终得到成分均匀的al
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li5mg5zn5sn5合金带材。
56.以上步骤均在氩气氛围的手套箱中进行操作。
57.对制得的合金带材用扫描电镜观察微观组织，结果如图3所示。
58.从图3可以观察到，得到的al
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li5mg5zn5sn5合金微观组织呈现较均匀的结构，进而说明本发明方法能够制备出成分均匀的轻质高熵合金。
59.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于箔材卷绕的轻质高熵合金带/丝材制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：s1：将不同轻质高熵合金成分的金属箔材堆叠卷绕成卷材：将金属箔材有序堆叠，将堆叠好的金属箔材紧密折叠，均匀缠绕收卷成同轴圆柱体卷材坯料；s2：合金锭对步骤s1得到的卷材坯料放入马弗炉烧结，根据合金组分确定烧结温度与升温速率，随后随炉空冷并获得合金锭；s3：对步骤s2制得的合金锭进行轧制得到金属箔材1；s4：对步骤s3得到的金属箔材1紧密叠放，均匀缠绕收卷成同轴圆柱体卷材坯料，重复步骤s2和s3的操作制得金属箔材2；s5：对上述得到的金属箔材重复步骤s4的操作制得金属箔材3；s6：对步骤s5得到的金属箔材3裁剪成带材或进一步搓制成丝材，最终得到成分均匀的轻质高熵合金带/丝材。2.如权利要求1所述的轻质高熵合金带/丝材制备工艺，其特征在于，所述步骤s1中有序堆叠是由下至上按照熔点高-低-高-低-高的顺序堆叠。3.如权利要求1所述的轻质高熵合金带/丝材制备工艺，其特征在于，所述步骤s1中轻质高熵合金成分为铝、锂、镁、锌、锡中的一种或多种。4.如权利要求1所述的轻质高熵合金带/丝材制备工艺，其特征在于，所述步骤s1中金属箔材的纯度为99.9％。5.如权利要求1所述的轻质高熵合金带/丝材制备工艺，其特征在于，所述步骤s2中烧结温度为700-1100℃，升温速率为2-5℃/min，烧结时间为2-6h。6.如权利要求1所述的轻质高熵合金带/丝材制备工艺，其特征在于，所述步骤s2中的烧结气氛为氩气或真空气氛。7.如权利要求1所述的轻质高熵合金带/丝材制备工艺，其特征在于，所述步骤s3中轧制工艺采取双辊连续铸轧技术将合金锭制备成金属箔材。8.如权利要求1所述的轻质高熵合金带/丝材制备工艺，其特征在于，所述步骤s3中得到的金属箔材1的厚度为0.08-0.12mm。9.一种如权利要求1-8任一项所述的轻质高熵合金带/丝材制备工艺制得的轻质高熵合金带/丝材。

技术总结
本发明属于高熵合金技术领域，具体公开了一种基于箔材卷绕的轻质高熵合金带/丝材制备工艺，包括如下步骤：将不同轻质高熵合金成分的金属箔材堆叠卷绕成卷材料、制备合金锭、轧制金属箔材1、制备金属箔材2、制备制金属箔材3、制得成分均匀的轻质高熵合金带/丝材。本发明采用金属箔材堆叠卷绕的方式提高材料混合均匀度，不需要高速球磨，避免了多个活泼元素混合球磨带来的安全隐患，提高了材料化学均质性和安全性；本发明使用金属箔材作为原料，避免了使用具有易制爆危险的活泼金属粉末为原料，解决了原料限制问题；可有效抑制非等原子比高熵合金易出现偏析、合金化等问题。合金化等问题。合金化等问题。


技术研发人员：颜丙功 刘苇航 柳建 任洪亮 卢希钊 朱来发 林俊义 吴德华 路平 刘斌
受保护的技术使用者：华侨大学
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/28