一种可实现单相固溶体高熵合金的电化学抛光方法
阅读说明：本技术 一种可实现单相固溶体高熵合金的电化学抛光方法 (Electrochemical polishing method capable of realizing single-phase solid solution high-entropy alloy ) 是由 董多 李旭敏 王晓红 朱冬冬 马腾飞 张元祥 周兆忠 于 2021-11-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可实现单相固溶体高熵合金的电化学抛光方法,具体是将耐蚀元素(Mo元素)的高熵合金在常温下进行电化学抛光,以FeCoCrNiMo合金为研究对象,在常压下Mo的不同含量和相同含量下的4GPa和7GPa的合金材料,与常温下电化学抛光后的合金材料进行扫描电镜(SEM)下的微观组织和元素分布图进行比对,研究单相固溶体高熵合金电化学抛光的结果。本发明在常温条件下研究单相固溶体高熵合金的电化学抛光方法,对于探索并建立单相固溶体的电化学抛光过程中一些基本理论,扩展单相固溶体电化学抛光耐腐蚀新材料的可能性具有极大的意义。(The invention discloses an electrochemical polishing method capable of realizing single-phase solid solution high-entropy alloy, which specifically comprises the steps of carrying out electrochemical polishing on high-entropy alloy of corrosion-resistant elements (Mo elements) at normal temperature, taking FeCoCrNiMo alloy as a research object, comparing alloy materials of 4GPa and 7GPa with different contents and the same content of Mo under normal pressure with a microstructure and an element distribution diagram of the alloy material after the electrochemical polishing at normal temperature under a Scanning Electron Microscope (SEM), and researching the electrochemical polishing result of the single-phase solid solution high-entropy alloy. The electrochemical polishing method for the single-phase solid solution high-entropy alloy is researched under the normal temperature condition, and has great significance for exploring and establishing some basic theories in the electrochemical polishing process of the single-phase solid solution and expanding the possibility of the electrochemical polishing corrosion-resistant new material of the single-phase solid solution.)
技术领域
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种可实现单相固溶体高熵合金的电化学抛光方法。
背景技术
固溶体是指溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂类型的合金相。只有一个相的固溶体称单相固溶体。固溶体一般都具有良好的力学性能，同时晶格结构有一定的畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应。高熵合金除了具有突出的力学性能以外，还具有高的热稳定性，高硬度及耐磨性等优异性能，因此高熵合金作为结构材料有望成为很多工程应用。但通过电化学抛光，会使得该合金的耐蚀性降低，也为后续其他的合金耐蚀性提供借鉴。这对高性能战斗部材料，极地破冰船用材料等都具有重大意义。材料结合第一性原理计算与相图模拟设计并优化合金成分，采用先进的材料制备技术以及合金后电化学处理方法，通过电化学抛光来改善其他合金的耐蚀性能。所以，探索可实现单相固溶体高熵合金的电化学抛光方法是十分必要的。
我国每年因腐蚀而引起的材料浪费极其严重，研究和开发具有耐腐蚀性较好的材料对资源的节约具有重要意义。由于我国对高熵合金腐蚀性能的研究起步都比较晚，随着研究深入，关于微观组织调控改善合金耐蚀性能，及高熵合金钝化膜的研究逐步开展，但却也处于初步阶段，仍缺乏系统性与指导性。根据目前高熵合金的研究现状，亟需对高熵合金的腐蚀行为与机理进行全面系统的研究。而本发明通过电化学抛光对高熵合金进行腐蚀，使所得到的合金内外色泽一致，且对高熵合金的腐蚀有一定的成效。此外，对机器使用所投入成本小且效率高。本发明通过对合金表面形貌的观察，了解到电化学抛光使合金的抗蚀性降低，从而更有效地微观组织调控改善其合金性能。对于高熵合金，除了机械性能，材料的使用寿命及在服役过程中的安全问题很大程度上取决于材料的腐蚀性能，对高熵合金的服役条件安全评估，及对其腐蚀性能的研究非常有必要。因而将可实现单相固溶体高熵合金的电化学抛光方法进行研究具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种可实现单相固溶体高熵合金的电化学抛光方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
本发明提供了一种可实现单相固溶体高熵合金的电化学抛光方法，具体如下：
将FeCoCrNiMoX高熵合金浸没于由高氯酸和酒精配置的抛光剂中，x∈[0,1]；随后对高熵合金进行电化学抛光，以腐蚀其表面。
作为优选，所述FeCoCrNiMoX高熵合金由Mo块、Co块、Cr块、Fe块和Ni块于常压下熔化凝固制得，对应的电化学抛光参数为电压20V、电流0.5～0.6A、时间20s。
进一步的，所述Mo块、Co块、Cr块、Fe块和Ni块的纯度均为99.99％。
进一步的，所述熔化凝固过程在电弧炉中实现。
进一步的，所述高温高压反应过程中，温度为1600℃～1800℃，压力为4GPa～7GPa。
作为优选，所述FeCoCrNiMoX高熵合金由Mo块、Co块、Cr块、Fe块和Ni块于常压下熔化凝固后再于高温高压下反应制得，对应的电化学抛光参数为电压23V、电流0.4～0.6A、时间10s。
进一步的，所述Mo块、Co块、Cr块、Fe块和Ni块的纯度均为99.99％。
进一步的，所述熔化凝固过程在电弧炉中实现。
作为优选，所述FeCoCrNiMoX高熵合金为Φ3×3.7mm的圆棒结构。
作为优选，所述FeCoCrNiMoX高熵合金中Mo含量的原子比x为0、0.1或0.3。
作为优选，所述抛光剂中，高氯酸和酒精的混合体积比为1：9～1：15。
作为优选，将所述FeCoCrNiMoX高熵合金通过导线与电解抛光机的正极连接，同时，将和抛光剂接触的导电物品通过导线与电解抛光机的负极连接，以进行电化学抛光；反应结束后，利用酒精清洗经腐蚀后的FeCoCrNiMoX高熵合金表面。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
1)本发明提供的电化学抛光方法，对单相固溶体建立新的腐蚀理论具有重大意义；
2)由于电化学抛光使合金的抗蚀性降低，从而能更有效地微观组织调控改善其合金性能，因此，采用本发明的电化学抛光方法，在使单相固溶体微观组织调控改善其合金耐蚀性能上具有巨大的应用潜力。
附图说明
图1为电化学抛光过程中装配试样的示意图；
图2为实施例1中FeCoCrNiMo合金在Mo不同含量(Mo＝0、0.1、0.3)下的组织形貌，其中，Mo含量为0的FeCoCrNiMo合金的组织形貌图(a)以及其放大图像(b)，Mo含量为0.1的FeCoCrNiMo合金组织形貌图(c)以及放大图像(d)，Mo含量为0.3的FeCoCrNiMo合金组织形貌图(e)以及放大图像(f)；
图3为实施例1中FeCoCrNiMo0.3合金在不同压力(0GPa、4GPa、7GPa)下的组织形貌，其中，FeCoCrNiMo0.3合金在0GPa下的组织形貌图(a)以及放大图像(b)，FeCoCrNiMo0.3合金在4GPa下的组织形貌图(c)以及放大图像(d)，FeCoCrNiMo0.3合金在7GPa下的组织形貌图(e)以及放大图像(f)；
图4为实施例2中FeCoCrNiMo合金在电化学抛光后不同含量Mo(Mo＝0、0.1、0.3)的组织形貌，其中，电化学抛光后FeCoCrNiMo合金Mo含量为0的组织形貌图(a)以及放大图像(b)，电化学抛光后FeCoCrNiMo合金Mo含量为0.1的组织形貌图(c)以及放大图像(d)，电化学抛光后FeCoCrNiMo合金Mo含量为0.3的组织形貌图(e)以及放大图像(f)；
图5为实施例2中电化学抛光后FeCoCrNiMo0.3合金在不同压力(0GPa、4GPa、7GPa)下的组织形貌，其中，电化学抛光后FeCoCrNiMo0.3合金在0GPa下的组织形貌图(a)以及放大图像(b)，电化学抛光FeCoCrNiMo0.3合金在4GPa下的组织形貌图(c)以及放大图像(d)，电化学抛光后FeCoCrNiMo0.3合金在7GPa的组织形貌图(e)以及放大图像(f)；
图6为实施例2中电化学抛光后FeCoCrNiMo合金不同含量(图a)b)c)d)e)M0、图f)g)h)i)j)k)M0.1、图l)m)n)o)p)q)M0.3)下的面扫描；
图7为实施例2中电化学抛光后FeCoCrNiMo0.3合金在不同压力(图a)b)c)d)e)f)0GPa、图g)h)i)j)k)l)4GPa、图m)n)o)p)q)r)7GPa)下的面扫描。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
实施例1
1)称取纯度为99.99％的Mo块、Co块、Cr块、Fe块、Ni块，清洗然后在电弧炉中熔化凝固，分别制备得到不同Mo含量的FeCoCrNiMoX合金(x＝0、0.1、0.3)，最后分别切割成Φ3×3.7mm的圆棒，记为试样Mo0、Mo0.1、Mo0.3。
2)将步骤1)所得圆棒利用1500目的砂纸磨去切痕并清洗，然后将叶蜡石等试验材料全部放在鼓风干燥箱中烘干备用。
3)取两份步骤2)烘干后的试样Mo0.3，分别在高温高压压机中于温度1700℃下加压至4GPa和7Gpa，得到试样4GPaMo0.3和7GPaMo0.3。
4)按照体积比为高氯酸：酒精＝1：15，配置抛光剂。
5)分别取试样Mo0、Mo0.1、Mo0.3、4GPaMo0.3和7GPaMo0.3浸没于抛光剂中，并将试样通过导线与电解抛光机的正极连接，同时，将和抛光剂接触的导电物品通过导线与电解抛光机的负极连接，按照如图1所示装配好后并进行电解抛光，调节电压、时间、电流等参数进行腐蚀，再用酒精清洗后吹干，观察腐蚀后的样品表面表征。
其中，对于常压下制备的试样(Mo0、Mo0.1、Mo0.3)，选择的电化学抛光参数为电压20V、电流0.5～0.6A、时间20s；对于高压下制备的试样(4GPaMo0.3和7GPaMo0.3)，选择的电化学抛光参数为电压23V、电流0.4～0.6A、时间10s。
6)将经过腐蚀后的试样用光学显微镜观察，若无明显或有划痕等现象，返回步骤5)操作重新调试，至出现清晰的相。
7)实验结束后关掉电解抛光机电源，倒掉溶液并清洗烧杯等。
为了更好的观察电化学抛光对单相固溶体高熵合金的影响，在电化学抛光前可以对样品有一个简单的分析，具体如下：
1)将扫描电子显微镜开机；
2)按照高度规定样品台，放置，检查，固定；
3)将为进行抛光的试样(Mo0、Mo0.1、Mo0.3、4GPaMo0.3和7GPaMo0.3)用导电胶带贴到样品台上，放入样品，抽真空；
4)点开试样图像，将图像调至清晰；
5)按照所需要的倍数拍照；
6)选择保存路径，保存所拍图像。
结果如图2和图3所示，图2和图3分别为FeCoCrNiMoX合金在常压下不同含量和同一含量不同压力下的表面组织形貌。从图中可以看出，在没有电化学抛光前的FeCoCrNiMoX合金是一种单相，且常压下Mo含量为0的合金有明显的柱状晶粒，Mo含量为0.1和0.3的合金也有柱状晶粒的呈现，但较Mo含量为0的合金没有那么明显。加压后的FeCoCrNiMo0.3合金有一部分白色小颗粒析出。
对经过抛光后的试样(Mo0、Mo0.1、Mo0.3、4GPaMo0.3和7GPaMo0.3)进行分析，以扫描得到材料的表面形貌组织和元素分布，具体如下：
(1)将扫描电子显微镜开机。
(2)按照高度规定样品台，放置，检查，固定。
(3)将试样用导电胶带贴到样品台上，放入样品，抽真空。
(4)点开试样图像，将图像调至清晰。
(5)按照所需要的倍数拍照。
(6)选择保存路径，保存所拍图像。
(7)打开能谱分析，接受电镜图像。
(8)观察图像，选择所需要分析的位置选择点扫以及面扫。
(9)保存试样的能谱。
结果如图4和图5所示，图4和图5分别为FeCoCrNiMo高熵合金在常压下不同含量和同一含量在不同压力下的表面组织形貌。从图中可以看出，在电化学抛光后，不论是常压还是加压下高熵合金FeCoCrNiMo的组织结构都发生了巨大的变化。电化学抛光后的相凹凸不平且均匀分布，在常压下凸起部分随着Mo含量的增加，逐渐从“圆状”变化成“十字架状”，相的表面也逐渐有小颗粒析出。FeCoCrNiMo0.3在高压下凸起部分的相“圆状”和“十字架状”交替存在，但依旧是“十字架状”占主导地位。凹下部分都会有白色小颗粒聚集在一起。
为了更好地研究常压下Mo不同含量及同含量不同压力(4GPa、7GPa)电化学抛光后对合金的影响，对电化学抛光后的组织形貌进行面扫描。结果如图6和图7所示，从图中可以发现，在电化学抛光后，凸起部分的元素分布都较凹下部分少，较其他元素，Mo元素在凹下部分分布更明显。
本发明在常温条件下研究单相固溶体高熵合金的电化学抛光方法，对于探索并建立单相固溶体的电化学抛光过程中一些基本理论，扩展单相固溶体电化学抛光耐腐蚀新材料的可能性具有极大的意义。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
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