超声耦合高频感应烧结系统在高均匀性超高硬度高熵合金制备中的创新应用

本研究针对高频感应烧结(HFIS)因温度不均难以应用于高性能材料的问题，通过有限元模拟电磁-热耦合场，设计并搭建了超声辅助压力耦合高频感应烧结系统。实验表明，在600 A电流、50 kHz频率、80%超声功率和25 MPa恒压条件下，CoCrFeNiMo高熵合金的显微结构均匀性显著提升，相对密度和维氏硬度分别提高12.4%和37.9%，为高性能材料烧结提供了新方案。

　　

高频感应烧结(high-frequency induction sintering, HFIS)具有瞬时加热特性，可缩短烧结时间并抑制晶粒生长。然而，其非均匀烧结温度特性导致难以应用于高性能材料烧结。通过有限元模拟分析电磁-热耦合场发现：集肤效应(skin effect)使石墨模具内外层加热速率产生差异，最终导致烧结体材料性能不均。

基于该发现，研究人员设计并构建了新型超声辅助压力耦合高频感应烧结系统，以均匀性较差的钴铬铁镍钼高熵合金(CoCrFeNiMo high-entropy alloy)进行烧结试验。结果表明：在电流强度600 A、电磁频率50 kHz、超声功率80%和恒压25 MPa条件下，超声辅助加压显著增强了该高熵合金的显微结构均匀性。与传统高频感应烧结相比，相对密度和维氏硬度(Vickers hardness)分别提升12.4%和37.9%。在材料成分不变的情况下，硬度提升源于相对密度的改善。

（作者声明无利益冲突）