[發明專利]一種具有立方形態納米粒子共格析出的BCC基高強高熵高溫合金

有效

• 申請號: 201710963089.5
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107557645B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 王清;馬躍;李春玲;李曉娜;董闖;王英敏;羌建兵
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮

一種具有立方形態納米粒子共格析出的BCC基高強高熵高溫合金屬于新材料技術領域，包括Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Mo、Nb、Ta、Al、Ti和Zr元素，其合金成分的原子百分比表達為Al_x(Ti,Zr)_y(Nb,Ta)_z(Cr,Mo,Mn,Fe)_m(Co,Ni)_n，其中，x＝5～18％，y＝0～55％，z＝0～55％，m＝0～60％，n＝0～40％，x+y+z+m+n＝100％。材料性能指標為：室溫拉伸強度σ_b＝1200?2150MPa、硬度HV＝550?650，700℃時σ_b＝350?900MPa、HV＝120?350，1000℃時σ_b＝200?450MPa、HV＝70?200。本發明通過成分設計實現對BCC/B2立方形態粒子共格析出的組織調控，從而確保合金強度的最大提升，改善合金的高溫強度、蠕變性能、抗氧化及耐腐蝕性，是一種新型的高溫合金。

技術領域

本發明屬于新材料技術領域，特別涉及一種具有立方形態納米粒子共格析出、高強度和大塑性、能在高溫環境下應用的多組元BCC基高熵合金。

背景技術

高性能工程合金的力學性能與其微觀組織結構密切相關，尤其高溫強度，主要受控于固溶體基體上析出的第二相粒子的形貌、尺寸及分布狀態。例如，Ni基超合金在高溫下表現出其它合金無可比擬的優異力學性能，主要得益于其獨特的微觀組織，即立方形態的有序相粒子共格析出在固溶體基體上。這類超合金都是成分復雜合金，通常添加十余種微量合金化元素來調控基體與析出粒子之間的點陣錯配度，從而實現立方形態納米粒子的共格析出。類似地，在含Al的Fe基鐵素體不銹鋼中，球形的有序相B2納米粒子在體心立方BCC固溶體基體上的共格析出也在一定程度上改善了合金的高溫蠕變性能。然而，研究表明只有立方形態的共格析出組織才能確保合金強度的最大提升，但這種組織很難出現在B2強化的BCC基合金中，本質原因在于有序B2相通常位于相圖的中間位置，與BCC母相成分相差較大，故很難調控二者之間的點陣錯配度。

不同于傳統合金，高熵合金的特色在于同時存在多個主要組成元素，通常為等摩爾或近等摩爾比例混合，且這種混合帶來的高熵效應使得合金更易于形成簡單結構，如BCC、FCC、密排六方(HCP)固溶體及其有序超結構，是一類新型的成分復雜合金，有望發展成為適用于極端環境中的新型高性能工程合金材料，并為合金組織設計提供了新的成分平臺。在常規高熵合金體系AlxNiCoFeCr中，隨著Al含量x的增多，合金逐漸從單相面心立方FCC轉變為雙相(FCC+BCC/B2)，最終為單相體心立方BCC/B2。FCC強度低塑性高，BCC強度高塑性低，尤其是BCC相與B2相多表現為編織網狀的調幅分解組織，使得合金脆性很大。為了獲得高強塑性的BCC基Al-TM(TM:過渡金屬)高熵合金，可有望通過近等摩爾比例混合各元素，以調整BCC和B2之間的點陣錯配，將編織網狀調幅分解組織轉變為一種具有立方形態納米粒子共格析出強化的組織，即高溫合金的理想組織，以此改善合金的高溫下的蠕變強度、抗氧化及耐腐蝕性，從而提供一種新型的能夠在高溫下應用的高強度、多組元BCC基高熵合金。

發明內容

本發明的目的是針對在體心立方BCC合金體系中難于獲得具有立方形態的B2納米粒子共格析出的微觀組織形貌，提供一種具有立方形態納米粒子共格析出、且具有高強度和大塑性、能在高溫環境下應用的多組元BCC基高熵合金。

本發明采用的技術方案是：一種具有立方形態納米粒子共格析出的BCC基高強高熵高溫合金，其特征在于：它包括Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Mo、Nb、Ta、Al、Ti和Zr元素，其合金成分的原子百分比表達為Al_x(Ti,Zr)_y(Nb,Ta)_z(Cr,Mo,Mn,Fe)_m(Co,Ni)_n，其中，x＝5～18％，y＝0～55％，z＝0～55％，m＝0～60％，n＝0～40％，x+y+z+m+n＝100％。