[發明專利]一種具有梯度晶粒結構的高強韌性高熵合金與制備方法

有效

• 申請號: 201810412582.2
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108517451B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 方偉;常若斌;殷福星;張昕;冀璞光
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;C22F1/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明提供一種具有梯度晶粒結構的高強韌性高熵合金及其制備方法。該合金為新型CoCrFeNi高熵合金，并本發明為一種具有梯度晶粒結構的高強韌性高熵合金與制備方法。所述高熵合金是CoCrFeNi合金，其形貌為單相面心立方結構；所述高熵合金各組分的原子百分比為：Co:38～42％，Cr:24～26％，Fe:8～12％，Ni:24～26％，且各組分原子百分比總和為100％。本發明通過提高合金中Co元素含量，配合溫軋工藝降低制備過程軋制抗力，隨后進行低溫退火工藝得到具有梯度晶粒結構的高熵合金，在保證其塑性的同時提高高熵合金的強度。

技術領域

本發明涉及一種具有梯度晶粒結構的高強韌性高熵合金與軋制熱處理工藝，屬于高熵合金材料及其強化改性技術領域。

背景技術

傳統合金通常基于一種或兩種主要元素，通過添加一種或幾種少量的其它元素來調節合金的顯微組織，以實現某種特定的性能要求。隨著社會的不斷發展進步，人們對金屬材料也提出更高更全面的要求。在2004年，臺灣學者率先提出一種新的合金設計理念“高熵合金”，是一種由多種主要組成元素共同構成的合金體系，突破了傳統合金單一主元的限制。因為高熵合金中的高熵效應促進了元素間的混合，使得多種主元素傾向混亂排列而形成簡單的體心立方或面心立方晶體。由于具有高熵效應、晶格畸變效應、遲滯擴散效應和雞尾酒效應這些典型的特征，高熵合金是一種潛力巨大的新型結構材料，日益受到多個國家的重視和關注。

通常認為，目前過渡族高熵合金的塑性優異，但局限性在于其抗拉強度偏低。這就限制了高熵合金在復雜受力條件下應用，所以我們可以借鑒傳統金屬材料的強化方法來強化高熵合金，如細晶強化、加工硬化等傳統方法。近階段研究可知，純粹利用加入微量元素的方法對單相FCC型高熵合金的強度提高有限，FCC與BCC的復合結構同樣不能滿足強度、塑形上的雙重要求，通過調節高熵合金的顯微組織被認為是一種可行的方法。要滿足強度、塑形上的雙重要求需要顯微組織中同時包含大尺寸晶粒及小尺寸晶粒，在變形過程中，合金中細小尺寸的晶粒晶界面積較大，可產生顯著的晶界強化的作用，從而提高合金的強度；合金中大尺寸晶粒具有加工硬化能力，可協調變形，從而使合金表現出一定的塑性。

Wei Fang等(文獻：WeiFang et al.Effects ofCobaltonthe structureandmechanicalbehavior ofnon-equal molar Co_xFe_50-xCr₂₅Ni₂₅high entropyalloys.Materials Science&EngineeringA.723(2018)221–228)研究發現，當Co元素含量從20％增加到35％時，Co_xFe_50-xCr₂₅Ni₂₅高熵合金極限拉伸強度從610MPa提高到714MPa，拉伸斷裂伸長率從53％提高到70％左右，突破了材料設計強韌性不能同時提高的限制。總體上看該合金雖然塑性較好，但所得抗拉強度較低。CN107841673A公開了一種一系列Fe-Co-Cr-Ni-Al高熵合金及其熱處理工藝，該髙熵合金的成分為(FeCoCrNi)100-xAlx(x＝0.1，0.2，0.5at％)，熱處理前后的合金為簡單面心立方結構，抗拉強度為518～654MPa，伸長率為42～65％，總體上看該合金雖然塑性較好，但所得強度依然較低。上述都經過高溫退火熱處理，得到完全再結晶晶粒，晶粒大小均勻且尺寸較大，能保證高的塑型，但強度較低。

因此，為了更好推動高熵合金應用于工業生產，發明一種通過溫軋與后續退火處理相結合得到的具有梯度晶粒結構的高強韌性高熵合金，從而提高高熵合金的強度，具有重要的經濟和社會意義。

發明內容