CN113957369B - 一种利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法，包括：将熔炼制备得到的高熵合金块置于石英玻璃管内部，并在石英玻璃管内铺覆B₂O₃净化剂将高熵合金块完全包覆；将装有B₂O₃净化剂和高熵合金块的载样石英玻璃管放在励磁线圈的匀强磁场中，对载样石英玻璃管进行加热‑保温‑冷却处理，最终淬火后得到有净化剂包覆的高熵合金熔体。本发明在大气环境下用包覆剂对高熵合金进行包覆，将强磁场作用于其处理过程，对CoCrFeNi高熵合金进行磁场处理后所获得的合金组织相对于无磁场条件下得到细化，力学性能更加优异；同时对AlCoCrFeNi高熵合金进行磁场处理后所获得的合金组织分布均匀并产生取向性，使得磁取向性更加优异。

Description

一种利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法

技术领域

本发明属于高熵合金材料处理技术领域，尤其涉及一种利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法。

背景技术

异于传统的合金设计理念，高熵合金以其高混合熵促使其形成体心立方(FCC)，面心立方(BCC)及密排六方(HCP)等固溶体结构。关于高熵合金的定义存在两种形式，基于成分时，高熵合金被定义为含有五种或五种以上主要元素的合金，每种主要元素的原子百分比范围为5～35％，另外，如果含有其它元素，则这些次要元素的原子百分比不得超过5％；基于混合熵时，高熵合金的定义为任意状态下位形熵超过1.5R的合金。高熵合金所具有的优异性能使其成为金属材料研究领域的热点之一，具有广阔的工业应用前景和研究价值。

在目前研究的热点高熵合金中，AlxCoCrFeNi高熵合金是一种典型的研究成分-结构-性能的良好载体。随着Al含量的增加，合金由单相FCC结构(x≤0.4)转变为FCC+BCC双相结构(0.5≤x≤0.8)，随后变为单相BCC结构(x≥1.0)。同时，单相FCC结构的高熵合金塑性较好，当x＝1.0时单相BCC结构的合金在该体系中的磁性能较优(Kao YF,Chen S K,Chen TJ,et al.Electrical,magnetic,and Hall properties of AlxCoCrFeNi high-entropyalloys[J].Journal ofAlloys and Compounds,2011,509:1607-1614.)。目前，通过均匀化，热锻，退火以及后续的扭转工艺改善FCC单相CoCrFeNi高熵合金的力学性能(Huo W,Fang.F,Zhou H,Xie Z,et al.Remarkable strength of CoCrFeNi high-entropy alloywires at cryogenic and elevated temperatures[J].Scripta Materialia,2017,141:125-128.)。此外学者们通过重熔或1400K均匀化50小时后可以调控BCC单相合金的组织及磁性能(Uporov S,Bykov V,Pryanichnikov S,et al.Effect ofsynthesis route onstructure andproperties ofAlCoCrFeNi high-entropy alloy[J].Intermetallics,201783:1-8.)；西北工业大学的发明专利《一种调控AlCoCrFeNi高熵合金组织的方法(公开号CN104593707A)》使用深过冷快速凝固来改变组织形态。以上方法改善高熵合金组织及性能虽然可以达到效果，但往往实验周期长，过程复杂，不容易获得组织明显细化的高强材料以及具有磁各向异性的功能材料，寻找一种快速、简单改善其组织及性能的方法极为迫切。

发明内容

为克服现有技术中存在的实验周期较长，操作步骤较多的不足，本发明提出了一种利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法。

强磁场会对物质产生磁化能，洛伦兹力及磁化力等，对合金具有强大的调控潜力。磁场处理具有无接触，纯度高的特点，进而能有效实现熔体搅拌，使得组织及相分布更加均匀，性能更加优异。目前，强磁场已经成功应用于多种材料(如钢，高温合金，铝合金，钛合金等)取向性组织的处理过程，一些新的现象逐渐被发现，同时材料的性能也获得了提升。

因此，本申请团队发现将强磁场直接作用于高熵合金的处理过程，相对于传统的方式，具有许多明显的优势：1)实验周期较短，整个处理过程直接在玻璃包覆下凝固，无需真空封装及复杂的预前处理，同时保温时间较短，不需要进行循环过热或长期时效；2)无接触性，通过磁场间接调控合金的磁性相，可以使合金的组织分布更加均匀；3)效果明显，通过磁场处理后，CoCrFeNi高熵合金的组织得到细化，力学性能提升；同时AlCoCrFeNi高熵合金产生取向性排列，磁各向异性增强，从而增强了材料的结构和功能特性，具有显著的工程应用价值；4)相比之前的真空封装+强磁场凝固处理工艺，通过熔融玻璃的包覆，能有效避免合金凝固过程中在管壁的异质形核。同时减少了实验工序，使得组织更加均匀，强磁场处理的效果更加明显。

本发明具体是通过以下技术方案来实现的：

提供一种利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法，包括：

将熔炼制备得到的高熵合金块置于石英玻璃管内部，并在所述石英玻璃管的底部和样品顶端铺覆B₂O₃净化剂，使所述B₂O₃净化剂将所述高熵合金块完全包覆；

将装有所述B₂O₃净化剂和所述高熵合金块的载样石英玻璃管放在励磁线圈的匀强磁场中，所施加磁场强度为0＜所述匀强磁场的磁场强度≤30T；对所述载样石英玻璃管进行加热-保温-冷却处理，最终淬火后得到有净化剂包覆的高熵合金熔体；其中所述保温的温度为所述高熵合金块的熔点之上。

作为本发明的进一步说明，所述匀强磁场的磁场强度设置为6T。

作为本发明的进一步说明，所述加热的速率为1-200K/min，所述保温的时间为2-60min，所述冷却的速率为1-500K/min。

作为本发明的进一步说明，所述加热的速率为40K/min，所述保温的时间为15min，所述冷却的速率为30K/min。

作为本发明的进一步说明，冷却处理至600℃以上进行淬火。

作为本发明的进一步说明，所述高熵合金块的制备过程如下：

以纯度99.95％的多主元中间合金及纯度99.99％的高纯单质作为原料，以目标成分的原子比配料，采用真空感应熔炼法对所述原料进行熔炼，得到高熵合金铸锭，然后将所述高熵合金铸锭切割为高熵合金块。

作为本发明的进一步说明，所述采用真空感应熔炼法对所述原料进行熔炼，包括如下过程：

首先将所述原料放入真空感应熔炼炉中，抽真空至10Pa以下后加热到400℃保温4-6个小时去除水蒸气，随后用Ar气充满炉体，如此循环三次，最终将炉体快速升温至1550℃，保温15分钟后在钢模中进行浇注，得到所述高熵合金铸锭。

作为本发明的进一步说明，所述B₂O₃净化剂为预处理后的粉末状和块状B₂O₃。

作为本发明的进一步说明，在所述高熵合金块下表面铺覆的所述B₂O₃净化剂的厚度大于所述高熵合金块上表面铺覆的所述B₂O₃净化剂的厚度。

作为本发明的进一步说明，所述高熵合金为CoCrFeNi高熵合金或AlCoCrFeNi高熵合金。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明对已有的高熵合金进行磁场处理后，能在明显改善组织的情况下优化其性能：

本发明在大气环境下用包覆剂对高熵合金进行包覆，将强磁场作用于其处理过程，对CoCrFeNi高熵合金进行磁场处理后所获得的合金组织相对于无磁场条件下得到细化，力学性能更加优异；同时对AlCoCrFeNi高熵合金进行磁场处理后所获得的合金组织分布均匀并产生取向性，使得磁取向性更加优异。这种方法简单易行，为高熵合金的功能化应用开辟了一条新的道路。

附图说明

图1是本发明中高熵合金强磁场处理实验所用使用的装置示意图。

图2是实施例1中无磁场下和经6T磁场处理后CoCrFeNi高熵合金样品的组织形貌的图片；图中：(a)0T，平行于磁场方向；(b)6T，平行于磁场方向；(c)0T，垂直于磁场方向；(d)6T，垂直于磁场方向。

图3是实施例1中不同条件下CoCrFeNi高熵合金样品的压缩应力-应变曲线，其中应变速率为1×10^-3s^-1。

图4是实施例2中无磁场下和经6T磁场处理后AlCoCrFeNi高熵合金样品的组织形貌的图片；图中：(a)0T，平行于磁场方向；(b)6T，平行于磁场方向；(c)0T，垂直于磁场方向；(d)6T，垂直于磁场方向。

图5是实施例2中经6T磁场处理后AlCoCrFeNi高熵合金样品平行和垂直于磁场方向的磁滞回线。

图6是本发明一实施例中提供的利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法流程简图。

图7是对比例1中无磁场下和经10T磁场处理后CoCrFeNi高熵合金样品的组织形貌的图片；图中：(a)0T，平行于磁场方向；(b)10T，平行于磁场方向。

图8是对比例1中不同条件下CoCrFeNi高熵合金样品的压缩应力-应变曲线，其中应变速率为1×10^-3s^-1。

图9是对比例2中无磁场下和经10T磁场处理后AlCoCrFeNi高熵合金样品的组织形貌的图片；图中：(a)0T，平行于磁场方向；(b)10T，平行于磁场方向。

图10是对比例2中经10T磁场处理后AlCoCrFeNi高熵合金样品平行和垂直于磁场方向的磁滞回线。

图中：1.水冷机；2.压缩机；3.励磁电源；4.超导磁体；5.石英管；6.铜套；7.铜端盖；8.保温层；9.水冷层；10.试样；11.加热体；12.托盘；13.绝缘耐火圆盘；14.热电偶固定板；15.热电偶；16.加热电源；17.欧陆控制器；18.计算机；19.红外探头；20.试管夹；21.天平。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

图6为本发明一实施例中提供的利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法流程简图，如图6所示，本发明提供了一种利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法，包括：

步骤1：将熔炼制备得到的高熵合金块置于石英玻璃管内部，并在所述石英玻璃管的底部和样品顶端铺覆B₂O₃净化剂，使所述B₂O₃净化剂将所述高熵合金块完全包覆；

步骤2：将装有所述B₂O₃净化剂和所述高熵合金块的载样石英玻璃管放在励磁线圈的匀强磁场中，所施加磁场强度为0＜所述匀强磁场的磁场强度≤30T；对所述载样石英玻璃管进行加热-保温-冷却处理，最终淬火后得到有净化剂包覆的高熵合金熔体；其中所述保温的温度为所述高熵合金块的熔点之上。

步骤1中，所述高熵合金块的制备过程如下：

以纯度99.95％的多主元中间合金及纯度99.99％的高纯单质作为原料，以目标成分的原子比配料，采用真空感应熔炼法对所述原料进行熔炼，得到高熵合金铸锭，然后将所述高熵合金铸锭切割为高熵合金块。

为了保证上述原料的纯度及洁净度，在进行真空感应熔炼之前，还需进行如下的清洁预处理过程：除去线切割痕，并用丙酮进行超声波清洗10min-20min，去掉中间合金表面灰尘及油污，然后置于烘干箱烘干。

上述采用真空感应熔炼法对所述原料进行熔炼，包括如下过程：

首先将所述原料放入真空感应熔炼炉中，抽真空至10Pa以下后加热到400℃保温4-6个小时去除水蒸气，随后用Ar气充满炉体，如此循环三次，最终将炉体快速升温至1550℃，保温15分钟后在钢模中进行浇注，得到所述高熵合金铸锭。所得高熵合金铸锭优选为3-20kg的大体积高熵合金铸锭。

步骤1中所用B₂O₃净化剂在使用前优选采用如下方式进行处理：将经过预处理后板结的B₂O₃捣碎至粉末状后分别置于试样袋中。

步骤1中使用B₂O₃净化剂将所述高熵合金块完全包覆的时具体采用如下方式：在石英玻璃管内底部铺覆一层B₂O₃净化剂，将待调控的高熵合金块置于石英玻璃管内部，并在所述石英玻璃管上再铺覆B₂O₃净化剂，使所述B₂O₃净化剂将所述高熵合金块完全包覆。在所述高熵合金块下表面铺覆的所述B₂O₃净化剂的厚度大于所述高熵合金块上表面铺覆的所述B₂O₃净化剂的厚度。

步骤2中磁场凝固过程具体通过励磁电源和加热电源实施，先将装有B₂O₃净化剂和高熵合金块的石英玻璃管放在励磁线圈的匀强磁场中，通过励磁电源对励磁线圈通电励磁，使其最大匀强磁场处达到所需的磁场强度：0T-30T。通过加热电源，按照设定的程序对石英玻璃管中的高熵合金块和B₂O₃净化剂进行加热，保温，降温。最终淬火后得到有净化剂包覆的高熵合金熔体。

步骤2中对石英玻璃管中的高熵合金块和B₂O₃净化剂进行加热时的升温速率为1-200K/min，且在所述加热温度为高熵合金块熔点之上，保温2-60min，随后以1-500K/min的冷速下冷却，于600℃以上淬火，得到有净化剂包覆的高熵合金熔体。

更进一步的，所述加热的速率优选为40K/min，所述保温的时间优选为15min，所述冷却的速率优选为30K/min。

本发明各实施例的技术方案是通过磁场材料处理装置实施的。所述磁场材料处理装置的技术方案被公开在申请号为201910364023.3的发明创造中。如图1所示，该装置包括水冷机1、压缩机2、励磁电源3、超导磁体4、石英管5、铜套6、保温层8、水冷层9、加热体11、热电偶固定板14和热电偶14。其中：所述水冷机1与所述压缩机2连接；所述压缩机与超导磁体的液氮冷却管口输入端和输出端连接。励磁电源3与超导磁体4连接。

所述石英管5的下端穿过铜套6装入所述加热体内；热电偶15的上端穿过热电偶固定板14装入所述加热体内；并使所述石英管的下端面与所述热电偶的上端面之间有10～20mm的间距。所述加热***于所述保温层8内，并使该加热体的外圆周表面与该保温层的内圆周表面之间有10～20mm的间距。所述保温层位于水冷层9内，并使该保温层的外圆周表面与该水冷层的内圆周表面贴合；所述保温层与水冷层的长度相同。所述水冷层位于超导磁体4内，并使该水冷层的外圆周表面与该超导磁体的内圆周表面贴合；该水冷层上端的定位凸台的下端面与该超导磁体的上端面贴合。在所述保温层上端的内孔中在安放有铜端盖7。

所述超导磁体4的下方固定有托盘12；绝缘耐火圆盘13安放在该托盘12上表面的卡槽内；所述托盘的中心孔与所述加热体的外圆周表面间隙配合；所述绝缘耐火圆盘通过黏土固接在所述加热体的外圆周表面。并使该铜端盖上端的法兰与所述保温层和水冷层的端面贴合。所述铜套安放在该铜端盖上端面中心孔孔口处的止口上。红外探头19、试管夹20和天平21组成了天平磁化率测量***。当进行天平磁化率测量时，卸除所述石英管上的铜套，将所述试管夹的顶端通过挂钩与天平连接，将该试管夹的底端与该石英管通过尼龙螺栓连接，使石英管自由悬空。红外探头和天平通过导线和转换接口与计算机连接。

所述的加热体的壳体上有通槽，该通槽的槽宽为7mm；所述通槽的上端为螺旋槽，下端为竖直槽；所述螺旋槽顶端槽口距该加热体的上端面为30mm；所述竖直槽的槽口贯通该加热体的下端面。所述螺旋槽的轴向垂直长度与竖直槽的轴向长度之比为1:1.5。所述螺旋槽的螺旋角为25°，相邻螺旋槽宽度方向的中心距之间的垂直距离为40mm。所述铜套6的小外径端的外径与铜端盖的内径相同；所述大外径端上均布有四个径向的螺纹孔，并使各所述螺纹孔与该铜套的中心孔贯通；所述铜套中心孔的孔径与所述石英管的外径相同，并使二者之间间隙配合。当所述石英管装入该铜套的中心孔后，将螺栓装入各所述螺纹孔内将该石英管固紧。所述热电耦固定板14为三角形板，在该热电耦固定板的几何中心有热电偶的过孔，在该热电耦固定板的三个角上分别有用于与所述托盘连接的螺孔。

所述托盘12的中心有加热体的安装孔。在该托盘上表面有轴向凸出的圆环，该圆环的内径与所述绝缘耐火圆盘的外径相同。在该托盘盘面的外缘均布有用于与超导磁体固连的螺孔；在该托盘盘面上有三角形分布的螺孔，用于连接所述热电耦固定板。所述天平磁化率测量***中的天平的质量量程最大为650g；所述石英管能够容纳Ф30mm的试样。

所述超导磁体4上表面至该超导磁体内腔孔深460mm的位置是匀强磁场的位置，该处磁场梯度为0，匀强磁场强度最高可达到10T。距超导磁体上表面往下330mm的位置是磁场梯度最大的位置，此位置梯度磁场最高可达300T²/m。

以下以优选的两个实施例进行具体说明，其中实施例1中高熵合金为CoCrFeNi高熵合金；实施例2中高熵合金为AlCoCrFeNi高熵合金。

实施例1：

本实施例所述的高熵合金为CoCrFeNi，所采用的磁场强度为6T。

本实施例所述利用磁场处理调控CoCrFeNi高熵合金组织及力学性能的方法的具体过程如下：

步骤一，合金制备：

第一步，合金原料准备。选取FeCoCr中间合金，Ni块(纯度99.95％)以及高纯Co、Cr、Fe、Ni(纯度99.99％)作为原料，所述Co，Cr，Fe，Ni均为固态的单质原料。以Co:Cr:Fe:Ni＝1:1:1:1:1的原子比配料，用丙酮进行超声波清洗10min后置用吹风机烘干，装入试样袋待用。

第二步，合金熔炼。首先将炉体预热，随后将原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，在10Pa以下的真空中加热到400℃保温4个小时，在熔炼室内充氩气，使炉内压力达到0.05MPa后关闭充氩气阀门，如此循环三次，在此氩气条件下将炉体快速升温至1550℃，保温15min后在钢模中进行浇注。最终获得8kg的CoCrFeNi大体积高熵合金铸锭。

步骤二，净化剂准备及样品放置。将经过预处理后板状的B₂O₃捣碎至粉末状和块状后置于试样袋中。在外径18mm，内径15mm的石英玻璃管内底部铺覆一层B₂O₃净化剂，将Ф12mm×10mm的CoCrFeNi高熵合金块置于石英玻璃管内部，并在所述石英玻璃管上再铺覆净化剂，使所述净化剂将该CoCrFeNi高熵合金块完全包覆，最终将装有净化剂和CoCrFeNi高熵合金块的石英玻璃管放在励磁线圈匀强磁场的中。

步骤三，强磁场凝固：磁场凝固过程具体通过励磁电源和加热电源实施，先将装有净化剂和CoCrFeNi高熵合金块的石英玻璃管放在励磁线圈匀强磁场的中，通过励磁电源对励磁线圈通电励磁，使其最大匀强磁场处达到所需的磁场强度(0T和6T)。通过加热电源，按照设定的程序对石英玻璃管中的CoCrFeNi高熵合金块和净化剂进行加热，保温，冷却和降温。以40K/min的升温速率加热至CoCrFeNi高熵合金块的熔点之上，即1470℃。在保温15min后以30K/min冷速冷却，于900℃淬火，得到有净化剂包覆的CoCrFeNi高熵合金熔体。

使用线切割将经过磁场处理的CoCrFeNi高熵合金样品沿着平行于磁场方向切下1mm薄片用于观察显微组织，同时切取Ф3mm×6mm的圆柱，采用美国美斯特公司生产的CMT5025电子万能力学试验机进行室温压缩性能测试，应变速率为1×10^-3s^-1。试验结果为：

无磁场和磁场处理后的CoCrFeNi高熵合金显微组织如图2所示，施加6T磁场(图2b,d)相对于无磁场(图2a,c)在平行及垂直磁场方向晶粒均得到细化，经统计，晶粒尺寸从无磁场的42μm减小到施加6T磁场后的3.6μm。

图3为不同条件下CoCrFeNi高熵合金的压缩应力-应变曲线，施加6T磁场相对于无磁场条件在平行于磁场方向的压缩屈服强度从315MPa提高到了546MPa，相对铸态提高了400MPa。本发明将强磁场作用于CoCrFeNi高熵合金的凝固过程，使得合金的组织相对于无磁场条件下细化，力学性能更加优异。

对比例1：实施例1的步骤二替换为真空封装：将Ф12mm×10mm的CoCrFeNi高熵合金块放入石英玻璃管中真空封装，真空度为8×10^-3Pa；步骤三中的装有净化剂和CoCrFeNi高熵合金块的石英玻璃管替换为真空封装有CoCrFeNi高熵合金块的石英玻璃管；并将使其最大匀强磁场处达到所需的磁场强度(0T和6T)替换为使其最大匀强磁场处达到所需的磁场强度(0T和10T)；其余步骤及其工艺参数设定均与实施例1中相同。

图7为对比例1中无磁场下和经10T磁场处理后CoCrFeNi高熵合金样品的组织形貌的图片；图中：(a)0T，平行于磁场方向；(b)10T，平行于磁场方向；其结果证明在真空封装过程中施加磁场对其组织无明显变化。

图8为对比例1中不同条件下CoCrFeNi高熵合金样品的压缩应力-应变曲线，其中应变速率为1×10^-3s^-1。无磁场条件下屈服强度为137MPa,施加10T磁场后屈服强度为121MPa.其结果证明在真空封装过程中施加磁场对其力学性能无明显变化。

实施例2：

本实施例所述的高熵合金为AlCoCrFeNi，所采用的磁场强度为6T。

本实施例所述利用磁场处理调控AlCoCrFeNi高熵合金组织及磁性能的方法的具体过程如下：

步骤一，合金制备：

第一步，合金原料准备。选取FeCoCr，Ni₂Al中间合金(纯度99.95％)及高纯Al、Co、Cr、Fe、Ni(纯度99.99％)作为原料，所述Al，Co，Cr，Fe，Ni均为固态的单质原料。以Al:Co:Cr:Fe:Ni＝1:1:1:1:1的原子比配料，用机械打磨将原料除去线切割痕，并用丙酮进行超声波清洗10min后置于烘干箱烘干。

第二步，合金熔炼。首先将炉体预热，随后将原料放入真空感应熔炼炉的坩埚中，在10Pa以下的真空中加热到400℃保温4个小时，在熔炼室内充氩气，使炉内压力达到0.05MPa后关闭充氩气阀门，如此循环三次，在此氩气条件下将炉体快速升温至1550℃，保温15min后在钢模中进行浇注。最终获得7kg的AlCoCrFeNi大体积高熵合金铸锭。

步骤二，净化剂准备及样品放置。将经过预处理后板状的B₂O₃捣碎至粉末状和块状后置于试样袋中。在外径18mm，内径15mm的石英玻璃管内底部铺覆一层B₂O₃净化剂，将Ф12mm×10mm的AlCoCrFeNi高熵合金块置于石英玻璃管内部，并在所述石英玻璃管上再铺覆净化剂，使所述净化剂将该AlCoCrFeNi高熵合金块完全包覆，最终将装有净化剂和AlCoCrFeNi高熵合金块的石英玻璃管放在励磁线圈匀强磁场的中。

步骤三，强磁场凝固。磁场凝固过程具体通过励磁电源和加热电源实施，先将装有净化剂和AlCoCrFeNi高熵合金块的石英玻璃管放在励磁线圈匀强磁场的中，通过励磁电源对励磁线圈通电励磁，使其最大匀强磁场处达到所需的磁场强度(0T和6T)。通过加热电源，按照设定的程序对石英玻璃管中的AlCoCrFeNi高熵合金块和净化剂进行加热，保温，冷却和降温。以40K/min的升温速率加热至AlCoCrFeNi高熵合金块的熔点之上，即1420℃。在保温15min后以30K/min冷速下冷却，于900℃淬火，得到有净化剂包覆的AlCoCrFeNi高熵合金熔体。

使用线切割将经过磁场处理的AlCoCrFeNi高熵合金样品沿着平行于磁场方向切下1mm薄片用于观察显微组织，切取Ф3mm×3mm的圆柱用于磁性能测试。试验结果为：

无磁场和6T磁场处理后的AlCoCrFeNi高熵合金显微组织如图4所示，施加6T磁场相对于无磁场(图4a)在平行于磁场方向(图4b)出现垂直于磁场方向的取向性组织，然而在垂直于磁场方向，施加6T磁场(图4d)和无磁场(图4c)条件下均未出现取向性组织。

图5为经6T磁场处理后AlCoCrFeNi高熵合金样品平行和垂直于磁场方向的磁化曲线，由于取向性组织的生成，处理后的样品表现出较为明显的磁各向异性，平行于磁场方向的饱和磁化速率明显高于垂直于磁场方向的饱和磁化速率，提高了AlCoCrFeNi高熵合金的功能特性。

对比例2：实施例2的步骤二替换为真空封装：将Ф12mm×10mm的AlCoCrFeNi高熵合金块放入石英玻璃管中真空封装，真空度为8×10^-3Pa；步骤三中的装有净化剂和AlCoCrFeNi高熵合金块的石英玻璃管替换为真空封装有AlCoCrFeNi高熵合金块的石英玻璃管；并将使其最大匀强磁场处达到所需的磁场强度(0T和6T)替换为使其最大匀强磁场处达到所需的磁场强度(0T和10T)；其余步骤及其工艺参数设定均与实施例2中相同。

图9为对比例2中无磁场下和经10T磁场处理后AlCoCrFeNi高熵合金样品的组织形貌的图片；图中：(a)0T，平行于磁场方向；(b)10T，平行于磁场方向。其结果证明在真空封装过程中施加磁场对其组织无明显变化。

图10为对比例2中真空封装+10T强磁场处理工艺制备的AlCoCrFeNi高熵合金样品平行和垂直于磁场方向的磁滞回线。其在轴向和径向未表现出磁取向性。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法，其特征在于，所述方法包括：

将熔炼制备得到的高熵合金块置于石英玻璃管内部，并在所述石英玻璃管的底部和样品顶端铺覆B₂O₃净化剂，使所述B₂O₃净化剂将所述高熵合金块完全包覆；

将装有所述B₂O₃净化剂和所述高熵合金块的载样石英玻璃管放在励磁线圈的匀强磁场中，所施加磁场强度为6 T；对所述载样石英玻璃管进行加热-保温-冷却处理，所述保温的温度为所述高熵合金块的熔点之上，最终淬火后得到有净化剂包覆的高熵合金熔体。

2.根据权利要求1所述的利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法，其特征在于，所述加热的速率为40 K/min，所述保温的时间为15min，所述冷却的速率为30 K/min。

3.根据权利要求1所述的利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法，其特征在于，冷却处理至600 ℃以上进行淬火。

4.根据权利要求1所述的利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法，其特征在于，所述高熵合金块的制备过程如下：

以纯度99.95%的多主元中间合金及纯度99.99%的高纯单质作为原料，以目标成分的原子比配料，采用真空感应熔炼法对所述原料进行熔炼，得到高熵合金铸锭，然后将所述高熵合金铸锭切割为高熵合金块。

5.根据权利要求4所述的利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法，其特征在于，所述采用真空感应熔炼法对所述原料进行熔炼，包括如下过程：

首先将所述原料放入真空感应熔炼炉中，抽真空至10 Pa以下后加热到400 ℃保温4-6个小时去除水蒸气，随后用Ar气充满炉体，如此循环三次，最终将炉体快速升温至1550 ℃，保温15分钟后在钢模中进行浇注，得到所述高熵合金铸锭。

6.根据权利要求1所述的利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法，其特征在于，所述B₂O₃净化剂为预处理后的粉末状和块状B₂O₃。

7.根据权利要求1所述的利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法，其特征在于，在所述高熵合金块下表面铺覆的所述B₂O₃净化剂的厚度大于所述高熵合金块上表面铺覆的所述B₂O₃净化剂的厚度。

8.根据权利要求1所述的利用磁场调控高熵合金组织及性能的方法，其特征在于，所述高熵合金为CoCrFeNi高熵合金或AlCoCrFeNi高熵合金。

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