九游娱乐：基于Laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金及制备方法
编辑：小编 日期：2024-07-03 17:48 / 人气：
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1.本发明涉及合金耐磨耐腐蚀技术领域，特别涉及一种基于laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金及制备方法。
2.对于工程机械设计人员经常面临的问题之一,即选用既耐零件接触引起的机械磨损又耐介质腐蚀的材料,往往只能取折衷方案。高耐磨、高耐蚀这两种性能要求给材料设计带来很大难度，可是在许多恶劣环境和要求有长寿命,高精度的场合对二者又都需要。
3.tribaloy系列合金是美国杜邦公司研制的基于laves相强化的耐磨耐蚀合金，以t-400、t-800为代表tribaloy钴基合金具有不同于其他耐磨合金的独特优良性能,当它与其他材料组成对磨副时,不仅本身有良好的耐磨性能,同时不将对磨副材料严重磨损,而且还具有一定耐高温与抗腐蚀性能。该类合金显微组织为钴基固溶体和大约50％的富si、mo的laves相。硬质laves相弥散分布于较软的钴基体上,保证了合金的硬度和耐磨损性能。高含量的mo和cr为laves相的形成提供了条件,同时也大幅提升了材料的耐腐蚀性能。然而，t-400、t-800合金中钴含量高达60％左右，钴是一种战略性资源、价格昂贵，此外，t-400、t-800合金脆性较大，这些在一定程度限制了合金的应用。
4.因此，有必要研制一种具备t-400、t-800合金组织和性能特点的原材料成本较低的耐磨耐蚀合金。
5.近十余年来新发展起来的高熵合金被视为最近几十年来合金化理论的三大突破之一。不同于传统合金有明确的基体元素，多主元高熵合金通常包含至少四种比例相近的合金元素，通过多种主元相互混合产生的高熵效应，可以增加元素的相容性，使得高熵合金凝固后往往形成较简单相组成和显微组织。高熵合金具备热力学上的高熵效应、动力学上的缓慢扩散效应、晶体结构上的晶格错配效应和性能上的鸡尾酒效应等四大效应，赋予其可同时具有高的强度、硬度，耐高温软化，优良的耐磨性、抗高温氧化性等多种优异性能。
6.本发明的目的是至少克服现有技术的不足之一，本发明采用高熵合金多主元的设计思路，参照tribaloy合金组织结构特征，设计并提供一种基于laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金，具有良好的耐磨耐腐蚀性。
8.一方面，本发明提供了一种基于laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金，以质量比计，包括12.0～25.0％的cr、12.0～25.0％的ni、12～25％的fe、12～25％的co、20～32％的mo、1.5～3.5％的si、0.1％以下的c，其余部分为不可避免的杂质；其中，co、cr、fe、ni元素共同形成稳定的fcc固溶体基体，mo、si元素形成laves相。
9.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，mo与si含量的质量比为9～15。
10.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述多主元耐磨耐蚀合金的合金组织中含有40～60％的laves相。
11.另一方面，本发明还提供了一种上述的基于laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金的制备方法，包括：
13.s2、熔炼：中频电炉熔炼获得钢水，采用aod或lf+vd中的一种进行精炼，然后浇注成合金锭。
14.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s1中，原料采用纯净料或废钢料。
15.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s2中，精炼温度为1450～1500℃、浇注温度1500～1550℃。
16.另一方面，本发明还提供了一种上述的基于laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金的制备方法，包括：
17.x1、混粉：按设定的合金成分比例称量各原料粉末，将其装入混料罐中，进行高能球磨，获得均匀的机械合金化粉末，将机械合金化粉末进行高温真空退火，然后再进行破碎筛分后得到所需的合金粉；
18.x2、压制：将所述合金粉装入冷等静压包套中并振实，密封后进行冷等静压成形，获得生坯体；
19.x3、烧结：将生坯体置于烧结炉中进行线.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤x1中，高能球磨10～30h，球料比为10:1～20:1；高温线.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤x2中，压制压力为200～400mpa，保压时间为1～3min。
22.如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤x3中，烧结线.下面对本发明从合金各构成元素作用及含量范围的选择对发明的原理进一步说明，在以下的说明中，元素的添加量以质量比(％)表示。
24.碳(c)可形成铬/钼碳化物，过量会消耗加入的铬、钼元素，c含量需要控制。本发明中c含有量为0.1％以下。
26.mo、si元素是形成ab2型laves金属间化合物相的组成元素，laves相的硬度可达hv1100，高硬度的laves分布在较软的多主元合金fcc基体可以大幅提升耐磨性能，同时mo可以提高合金在腐蚀介质耐蚀性，si可以提升合金高温抗氧化的能力。为了保证上述效果，获得含有40～60％的laves相合金组织，本发明中mo的含量控制在20～32％、si含量控制在1.5～3.5％，mo与si含量的质量比为9～15。
27.本发明中的不可避免的杂质，是指原料中本来含有的、或者由于在制备过程中混入等而包含在本发明中的成分，不是有意添加的成分。
29.本发明采用高熵合金多主元的设计思路，参照tribaloy合金组织结构特征，以fcc结构的高塑韧性cr-cr-fe-ni多主元固溶体替代co基固溶体基体，大幅降低了co含量的添加，提升了合金材料的塑韧性；合金中通过加入mo、si形成硬质耐磨laves相，耐磨相比例与tribaloy合金相当，因此可以获得与tribaloy合金相当的耐磨效果；合金保持了合金中对耐腐蚀性有益的cr、mo、si等元素添加量，可保持优异的耐腐蚀性。总体而言，本发明合金可以实现保持高耐磨、高耐蚀性能的情况下，降低材料脆性同时节约原材料成本。
30.图1所示为本发明实施例1中基于laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金的组织照片。
31.下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
32.本发明实施例一种基于laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金，以质量比计，包括12.0～25.0％的cr、12.0～25.0％的ni、12～25％的fe、12～25％的co、20～32％的mo、1.5～3.5％的si、0.1％以下的c，其余部分为不可避免的杂质；其中，co、cr、fe、ni元素共同形成稳定的fcc固溶体基体，mo、si元素形成laves相。
34.优选的，所述多主元耐磨耐蚀合金的合金组织中含有40～60％的laves相。
35.本发明实施例一种上述的基于laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金的制备方法，为熔炼铸造方式，包括：
36.s1、配料：按设定的合金成分比例配置原料，原料采用纯净料或废钢料；
37.s2、熔炼：中频电炉熔炼获得钢水，直接浇铸成合金锭；或中频熔炼后，采用aod或lf+vd中的一种进行精炼，然后浇铸成合金锭；精炼温度为1450～1500℃、浇注温度1500～1550℃。
38.本发明实施例提供了另一种上述的基于laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金的制备方法，为粉末冶金方式，包括：
39.x1、混粉：按设定的合金成分比例称量各原料粉末，将其装入混料罐中，进行高能球磨，高能球磨10～30h，球料比为10:1～20:1；获得均匀的机械合金化粉末，将机械合金化粉末进行高温线℃，然后再进行破碎筛分后得到所需的合金粉；
40.x2、压制：将所述合金粉装入冷等静压包套中并振实，密封后进行冷等静压成形，压制压力为200～400mpa，保压时间为1～3min，获得生坯体；
41.x3、烧结：将生坯体置于烧结炉中进行线.下面以具体实施例的方式进一步说明本发明。
43.按合金成分比例采用纯净金属原材料配料，中频电炉熔炼获得钢水后出钢，转aod精炼微调合金成分，精炼温度为1480℃，精炼时间50min，然后浇注成合金锭，浇注温度1530℃。表1列出了的实施例1、2、3为采用熔炼铸造获得的本发明合金的具体成分，其压缩强度和硬度结果如表1所示。
44.实施例4、5采用粉末冶金方法进行合金制备，按合金成分比例称量各原料粉末，将其装入混料罐中，随后进行高能球磨15h，球料比为15:1，获得均匀的机械合金化粉末，然后将机械合金化粉末进行高温线h，然后再进行破碎筛分后得到所需的合金粉；将合金粉装入冷等静压包套中并振实，密封后进行冷等静压成形，压制压力为300mpa，保压时间为2min，获得生坯体；将生坯体置于烧结炉中进行真空烧结获得合金锭，烧结线所制备的合金具体成分及其性能结果如表1所示。
本发明合金采用高熵合金多主元的设计思路，具备tribaloy合金组织结构特征，以cr-cr-fe-ni多主元固溶体替代co基固溶体基体，mo、si元素形成硬质耐磨laves相，图1为实施例1中基于laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金的组织照片，图中组织由多主元固溶体+laves两相组成，laves相比例约45％。其他实施例组织照片与图1类似，不再重复给出。表1列出了实施例1～5与对比材料tribaloy t-800合金成分及其相应的室温/高温硬度、压缩强度、耐磨性能测试数据，发明合金通过近等比例的cr、cr、fe、ni形成多主元固溶体大幅降低co元素的含量降低50～75％，而其硬度和强度与对比材料接近，磨损速率也与对比材料相当，冲击功结果表面其塑韧性有明显的提升。简而言之，发明合金可以实现保持高耐磨、高耐蚀性能的情况下，降低材料脆性同时节约原材料成本，特别适用于高温和腐蚀工作环境同时要求抗磨损的领域。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
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