一种抗熔融氯盐腐蚀含Si高熵合金材料及其制备方法

本发明涉及含si高熵合金材料，具体为一种抗熔融氯盐腐蚀含si高熵合金材料及其制备方法。

背景技术：

1、结合热能储存（以下简称储热）的太阳能光热发电（concentrated solar power,csp）技术，可以高效地利用资源丰富但具间歇性的太阳能，为人们提供稳定、可调度且低成本的电力，是目前全球范围内最具前途的可再生能源技术之一。

2、目前商业化csp电站中主要采用热稳定性高和腐蚀性低的硝酸盐（如nano3/kno3）作为储热/导热材料。但在565 ℃以上，硝酸盐离子会高速率分解为亚硝酸盐离子和氧气，这限制了其在更高温度下的应用。为了提高热电效率、降低发电成本，下一代csp电站的运行温度可能超过700 ℃。氯盐混合盐与硝酸盐混合盐和碳酸盐混合盐相比成本更低，且同时具有较高的热稳定性和优异的热物理性能，成为最有潜力的下一代csp电站的候选盐。

3、然而，熔融氯盐的腐蚀性极高，传统的含cr铁素体钢抗熔融氯盐腐蚀性能较差，不能满足下一代csp电站换热管材料的使用要求。高mo镍基合金虽然具有较好的耐高温熔融氯盐腐蚀性能，但因其含有大量价格昂贵的mo元素导致其材料成本较高。因此，迫切需要开发成本较低、高温组织稳定性好、抗熔融氯盐腐蚀能力强的下一代csp电站换热管用合金材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种抗熔融氯盐腐蚀含si高熵合金材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种抗熔融氯盐腐蚀含si高熵合金材料，其主要成分按照如下原子百分比组成：co：10.0-30.0 %，cr：10.0-30.0 %，ni：10.0-30.0 %，al：6.5-11.0 %，ti：6.5-11.0 %，si：1.0-30.0 %，其余成分为fe和不可避免的杂质。

3、优选的，其成分按照如下原子百分比组成：co：15.0-20.0 %，cr：15.0-20.0%，ni：15.0-20.0 %，al：8.0-10.5%，ti：8.0-10.5 %，si：5.0-25.0%，其余成分为fe和不可避免的杂质。

4、一种抗熔融氯盐腐蚀含si高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：

5、s1.采用真空感应熔炼工艺，在原料配料时，主要原料成分按照如下原子百分比（%）组成进行原料配料：co：10.0-30.0 %，cr：10.0-30.0 %，ni：10.0-30.0 %，al：6.5-11.0%，ti：6.5-11.0 %，si：1.0-30.0 %，其余成分为fe和不可避免的杂质。将配料后称量的全部原料进行真空感应熔炼，得到合金熔体；

6、s2.将在所述步骤s1中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭依次经热锻、热轧和退火热处理工艺，最终制得抗熔融氯盐腐蚀含si高熵合金材料棒材或板材。

7、优选的，在所述步骤s1中，原料成分按照如下原子百分比组成进行原料配料：co：15.0-20.0 %，cr：15.0-20.0 %，ni：15.0-20.0 %，al：8.0-10.5 %，ti：8.0-10.5 %，si：5.0-25.0 %，其余成分为fe和不可避免的杂质。

8、优选的，在所述步骤s1中，将配料后称量的原料混合，进行升温加热，按照不低于10℃/min的升温速率，升温至1500 ℃-1600 ℃，并保温熔炼至少10 min，采用真空感应熔炼工艺，得到合金熔体。

9、优选的，在所述步骤s2中，将在所述步骤s1中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭依次经热锻、热轧和退火热处理工艺；

10、其中，控制热锻温度为1200 ℃-1250 ℃，热轧温度为1150 ℃-1180℃，为了在热锻和热轧过程中避免变形开裂的发生，热变形过程中会多次回炉后再锻/轧；

11、最后在1050 ℃退火30 min后冷却至室温，制得抗熔融氯盐腐蚀含si高熵合金材料棒材或板材。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、1. 与现有的合金材料相比，本发明制备的抗熔融氯盐腐蚀含si高熵合金材料成本更低。

14、2. 本发明制备的抗熔融氯盐腐蚀含si高熵合金材料在熔融氯盐腐蚀环境，合金表面可以形成连续的sio2膜，700 ℃熔融氯盐（nacl-kcl-mgcl2，33-21.6-45.4 mol%）腐蚀100h后重量变化 ≤ 5 mg/cm2，抗熔融氯盐腐蚀性能优于传统的含cr铁素体钢（t91、12crmov等）和高mo镍基合金材料（inconel 625、c22等）。

15、3. 本发明的抗熔融氯盐腐蚀含si高熵合金材料经热锻、热轧和退火处理后，具有优异的力学性能，其室温拉伸断裂强度大于等于950 mpa范围，断裂延伸率大于等于25%，且能有效避免高mo合金存在的易热老化的缺陷，可以大幅度提高合金使用过程中的安全性。

技术特征：

1.一种抗熔融氯盐腐蚀含si高熵合金材料，其特征在于：其主要成分按照如下原子百分比组成：co：10.0-30.0 %，cr：10.0-30.0 %，ni：10.0-30.0 %，al：6.5-11.0 %，ti：6.5-11.0 %，si：1.0-30.0 %，其余成分为fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种抗熔融氯盐腐蚀含si高熵合金材料，其特征在于：其成分按照如下原子百分比组成：co：15.0-20.0 %，cr：15.0-20.0 %，ni：15.0-20.0 %，al：8.0-10.5 %，ti：8.0-10.5 %，si：5.0-25.0 %，其余成分为fe和不可避免的杂质。

3.制备权利要求1或2所述的一种抗熔融氯盐腐蚀含si高熵合金材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种制备方法，其特征在于：在所述步骤s1中，原料成分按照如下原子百分比组成进行原料配料：co：15.0-20.0 %，cr：15.0-20.0 %，ni：15.0-20.0 %，al：8.0-10.5 %，ti：8.0-10.5 %，si：5.0-25.0 %，其余成分为fe和不可避免的杂质。

5.根据权利要求3所述的一种制备方法，其特征在于：在所述步骤s1中，将配料后称量的原料混合，进行升温加热，按照不低于10℃/min的升温速率，升温至1500 ℃-1600 ℃，并保温熔炼至少10 min，采用真空感应熔炼工艺，得到合金熔体。

6.根据权利要求3所述的一种制备方法，其特征在于：在所述步骤s2中，将在所述步骤s1中制备的合金熔体浇铸成型，将浇铸得到的合金铸锭依次经热锻、热轧和退火热处理工艺；

技术总结
本发明公开了一种抗熔融氯盐腐蚀含Si高熵合金材料及其制备方法，涉及含Si高熵合金材料技术领域，其主要成分按照如下原子百分比组成：Co：10.0‑30.0 %，Cr：10.0‑30.0 %，Ni：10.0‑30.0 %，Al：6.5‑11.0 %，Ti：6.5‑11.0 %，Si：1.0‑30.0 %，其余成分为Fe和不可避免的杂质，本发明在CoCrFeNiAl<subgt;0.5</subgt;Ti<subgt;0.5</subgt;高熵合金中加入合适比例的Si元素，通过真空感应熔炼冶炼工艺，可制备得到抗熔融氯盐能力强、力学性能优异的含Si高熵合金。与现有合金材料相比，本发明所述含Si高熵合金材料的耐熔融氯盐腐蚀性能更好，材料成本更低，高温组织稳定性更高，且易加工、容易推广应用。

技术研发人员：贾国栋,张东东
受保护的技术使用者：南通理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31