电磁脉冲处理技术在CoCrFeNi(Cu/Al)高熵合金中的应用及工艺研究

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高熵合金是近几十年材料合金化领域的三大突破之一,具有一些传统合金无法比拟的优异性能,有着广阔的应用前景,尤其是在极端条件下的使用,更有其独特的优势,成为金属材料领域的一大研究热点。而合金的凝固过程及最终凝固组织,对合金的性能起着至关重要的作用。近些年来,电磁脉冲处理方法被应用于冶金熔体、合金凝固及热处理过程,逐渐发展成为一种改善合金组织结构和材料性能的新工艺。因此,鉴于合金凝固过程及凝固组织的至关重要性,以及电磁脉冲处理对合金凝固组织的调控作用,本文以高熵合金为研究对象,将电磁脉冲处理介入CoCrFeNiCu与CoCrFeNiAl高熵合金的凝固过程,研究了不同工艺参数下电磁脉冲处理对高熵合金不同凝固方向上的晶体结构、凝固组织、力学性能及腐蚀性能产生的影响,讨论了脉冲电流与脉冲磁场对合金凝固组织的影响机制,取得以下研究结果:对CoCrFeNiCu高熵合金凝固过程进行电脉冲处理,会显著改变合金的宏观组织和显微结构,使其由单一的树枝晶形态转变成为树枝晶和类等轴晶混合形态;明显提高了CoCrFeNiCu高熵合金的力学性能,显微硬度、屈服强度分别提高了18%、23%;同时,合金的耐蚀性也得到了显著提高,自腐蚀电流降低了74%;电脉冲处理可以降低合金铸锭不同凝固方向上的性能差异,并随脉冲频率增加,改善效果越明显。对CoCrFeNiAl高熵合金凝固过程进行电脉冲处理,会显著改善合金的凝固组织,使晶粒细化、组织均匀;合金的力学性能得到明显提高,显微硬度、抗压强度分别提高了39%和12%;电脉冲也同样改善了合金的耐腐蚀性,当脉冲频率为8Hz时,合金的自腐蚀电流下降最多,可达58%;这些性能的提升的同时,合金不同凝固方向上的性能差异随着脉冲频率增加而逐渐减小,在8Hz时趋于相同。在形核阶段以及全部凝固阶段对CoCrFeNiCu进行磁脉冲处理会细化组织、扰乱树枝晶生长方向、粗化枝晶臂;形核阶段进行磁脉冲处理会显著增加了ED试样的(200)与(111)峰强度比,同时扩大了这两参数的方向性差异;全凝固阶段进行磁脉冲处理降低了ED方向的晶面间距和峰强度比,缩小了合金各向异性。
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