本發(fā)明屬于高熵合金領(lǐng)域，具體涉及一種增材制造高熵合金的室溫電化學(xué)刻蝕方法。

背景技術(shù)：

1、高熵合金也叫多主元合金，指4種或者4種以上金屬元素且各元素摩爾比含量在5％到35％之間的合金，由于該合金具有高熵效應(yīng)、遲滯擴(kuò)散效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng)及“雞尾酒”效應(yīng)，固其結(jié)構(gòu)和性能往往有獨(dú)到之處，在熱電、磁學(xué)、超導(dǎo)及催化領(lǐng)域具有非常巨大的應(yīng)用潛力。選區(qū)激光熔化技術(shù)是激光增材制造技術(shù)中一種，其具有快速精確成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)件、材料利用率高、結(jié)構(gòu)輕量化、可定制化生產(chǎn)等優(yōu)勢。金相顯示技術(shù)中化學(xué)顯示是最基本的和應(yīng)用最廣泛的方法。對于普通碳鋼，4％硝酸酒精溶液是合適的腐蝕劑。對于高熵合金，研究中常用王水作為金相腐蝕劑，但是對于選區(qū)激光熔化cocrfeni高熵合金，王水效果不好。此外使用高氯酸無水乙醇溶液做刻蝕劑，通過電化學(xué)刻蝕獲得金相組織也是高熵合金制備金相觀察試樣的常用方法(中國專利申請?zhí)枺?02111313402.3，中國專利申請?zhí)?01910438181.9)，但是對選區(qū)激光熔化cocrfeni高熵合金研究顯示，室溫下使用的該刻蝕劑的刻效果也不好，而若對刻蝕劑進(jìn)行低溫處理(中國專利申請?zhí)枺?01111541920.0)，則制備過程復(fù)雜，刻蝕操作不易，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高。因此，需要一種簡單便捷、廉價有效、綠色環(huán)保的增材制造高熵合金室溫電化學(xué)刻蝕工藝。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種增材制造高熵合金的室溫電化學(xué)刻蝕工藝，能快速、便捷、有效的顯示材料的金相組織。

2、技術(shù)方案，為達(dá)上述目的，解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種增材制造高熵合金的室溫電化學(xué)刻蝕方法，具體步驟如下：

3、①由cocrfeni粉通過選區(qū)激光熔化技術(shù)制備，經(jīng)不同溫度固溶、保溫、水淬處理獲得增材制造高熵合金；

4、②使用線切割將制備的增材制造高熵合金加工成塊狀試樣，然后在模具中利用環(huán)氧樹脂ab膠將塊狀試樣冷鑲嵌成圓柱狀，使用手電鉆在鑲嵌塊背面打出一個φ5mm盲孔；

5、③對鑲嵌試樣打磨、機(jī)械拋光；

6、④將拋光好的試樣放入超聲儀中，用無水乙醇超聲振動清洗10min，再先后用去離子水及無水乙醇清洗需刻蝕的表面，吹風(fēng)機(jī)冷風(fēng)吹干；

7、⑤配置電解液；

8、⑥將試樣與刻蝕電源正極用導(dǎo)線相連接，將陰極與刻蝕電源負(fù)極用導(dǎo)向相連接，設(shè)定刻蝕參數(shù)，將試樣浸沒在電解液中進(jìn)行室溫電化學(xué)刻蝕；

9、⑦用自來水沖洗試樣，再用無水乙醇超聲振動清洗并吹干，最終獲得金相觀察試樣。

10、作為優(yōu)選的技術(shù)方案。

11、步驟①中，所述不同溫度固溶、保溫、水淬為，不同試樣各自在800℃、1000℃、1200℃管式熱處理爐中固溶，都保溫時間2h，后水淬，試樣編號分別記為ht800、ht1000和ht1200。未做熱處理試樣編號記未slm。

12、步驟②中，所述塊狀試樣尺寸為10mm*10mm*1mm。

13、步驟③中，所述機(jī)械拋光為先經(jīng)過800#、1000#、1200#及3000#金相砂紙打磨，再用3μm金剛石懸浮液機(jī)械拋光。

14、步驟⑤中，所述電解液為使用超純水與nacl晶體配置而成的3～10wt.％nacl溶液，所述超純水的電阻≥18.2mω。

15、步驟⑥中，所述用將試樣與刻蝕電源正極用導(dǎo)線相連接為：將cu導(dǎo)電棒放入鑲嵌試樣后背φ5mm盲孔中，一端連接cocrfeni高熵合金試樣，另一端連接導(dǎo)線與刻蝕電源正極連接。

16、步驟⑥中，所述將試樣浸沒在電解液中為通過調(diào)整試樣浸沒入電解液深度，保證試樣下表面和陰極距離不大于22.5mm。

17、步驟⑥中，所述合適刻蝕參數(shù)為電壓優(yōu)選8～10v；時間優(yōu)選10～20s；電流0.5～0.9a?？涛g電流i和刻蝕時間t存在以下公式：

18、

19、其中，ρ為合金密度；s為合金試樣表面積，本實驗為1cm2；n為合金中元素數(shù)量，對于本實驗cocrfeni高熵合金n＝4；xi％為合金中第i種元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，本實驗等原子比的cocrfeni合金xco％＝26.14％，xcr％＝23.06％，xfe％＝24.77％，xni％＝26.03％；η為電流效率系數(shù)，顯然跟刻蝕液的濃度、合金組織狀態(tài)有關(guān)；h刻蝕深度，可以理解為需要溶解到該深度才能使界面組織特征在金相下顯示出來；ωco、ωcr、ωfe、ωni分別為co、cr、fe、ni金屬的質(zhì)量電化學(xué)當(dāng)量，以下公式計算得到：

20、

21、其中，f為法拉第常數(shù)，96465.3383c/mol；m為該金屬的摩爾質(zhì)量，單位g/mol；e為該金屬溶解時得失電子數(shù)。

22、根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)，不同固溶溫度t下獲得的高熵合金試樣，其最優(yōu)刻蝕電壓u和刻蝕時間t滿足如下公式：

23、

24、其中，k為擬合系數(shù)，取值在0.5～0.8之間，固溶溫度t越高，k取值越小。

25、步驟⑥中，所述將陰極為316l材質(zhì)。

26、步驟⑦中，所述用無水乙醇超聲振動清洗并吹干為在無水乙醇溶液中超聲振動清洗10min，用吹風(fēng)機(jī)冷風(fēng)吹干。

27、有益效果，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益技術(shù)效果：

28、(1)發(fā)明了一種增材制造高熵合金的室溫電化學(xué)刻蝕工藝。

29、(2)本發(fā)明所用方法兼具樣品表面拋光及組織顯示作用，得到的熔池線、晶粒/界、晶內(nèi)胞狀/柱狀亞結(jié)構(gòu)清晰，克服了王水腐蝕效果差，現(xiàn)有技術(shù)無法刻蝕出晶界的問題。

30、(3)本發(fā)明的方法設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、刻蝕液制備工藝簡單、成本低、操作過程優(yōu)于高熵合金在電化學(xué)刻蝕時需要制備低溫刻蝕劑的傳統(tǒng)方法。

技術(shù)特征：

1.一種增材制造高熵合金的室溫電化學(xué)刻蝕方法，其特征在于，該方法包括如步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增材制造高熵合金的室溫電化學(xué)刻蝕方法，其特征在于，步驟②中，所述塊狀試樣尺寸為10mm*10mm*1mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增材制造高熵合金的室溫電化學(xué)刻蝕方法，其特征在于，步驟③中，所述機(jī)械拋光為先經(jīng)過800#、1000#、1200#及3000#金相砂紙打磨，再用3μm金剛石懸浮液機(jī)械拋光。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增材制造高熵合金的室溫電化學(xué)刻蝕方法，其特征在于，步驟⑤中，所述電解液為使用超純水與nacl晶體配置而成的3～10wt.％nacl溶液，所述超純水的電阻≥18.2mω。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增材制造高熵合金的室溫電化學(xué)刻蝕方法，其特征在于，步驟⑥中，將導(dǎo)電棒一端放入鑲嵌試樣后背的盲孔中，并與cocrfeni高熵合金試樣連接，另一端連接導(dǎo)線與刻蝕電源正極連接；通過調(diào)整試樣浸沒入電解液的深度，保證試樣下表面和陰極距離不大于22.5mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種增材制造高熵合金的室溫電化學(xué)刻蝕方法，其特征在于，所述將陰極為316l材質(zhì)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增材制造高熵合金的室溫電化學(xué)刻蝕方法，其特征在于，步驟⑥中，所述刻蝕參數(shù)為刻蝕電壓8～10v；刻蝕時間10～20s；刻蝕電流0.5～0.9a；刻蝕電流i和刻蝕時間t存在以下關(guān)系：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增材制造高熵合金的室溫電化學(xué)刻蝕方法，其特征在于，步驟⑦中，所述用無水乙醇超聲振動清洗并吹干為在無水乙醇溶液中超聲振動清洗10min，用吹風(fēng)機(jī)冷風(fēng)吹干。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種增材制造高熵合金的室溫電化學(xué)刻蝕方法具體是以增材制造耐蝕高熵合金為研究對象，經(jīng)歷粗磨、細(xì)磨，機(jī)械拋光后進(jìn)行室溫電化學(xué)刻蝕，電解液為3～10wt.％NaCl溶液，合金試樣為陽極，316L電極為陰極，能夠快速有效的刻蝕得到金相組織，清晰顯示合金熔池線、晶粒/界及亞晶結(jié)構(gòu)。該方法解決了王水腐蝕效果差，現(xiàn)有技術(shù)在常溫下無法清晰刻蝕出增材制造耐蝕高熵合金金相組織的問題，同時避免了低溫處理刻蝕劑制備工藝復(fù)雜、刻蝕設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、刻蝕操作過程不方便等問題。本方法原料來源常見無需特殊處理，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成本低，操作簡捷、成本低、綠色環(huán)保且金相刻蝕效果優(yōu)異。

技術(shù)研發(fā)人員：魏亮,周東益,趙珊,李仲碩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21