[發(fā)明專利]一種含氮高熵合金復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810565639.2
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN110548869B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉詠;周睿;劉彬
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F9/08;B33Y10/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發(fā)明屬于合金領(lǐng)域，尤其涉及一種含氮高熵合金復(fù)合材料及其制備方法。所述含氮高熵合金復(fù)合材料中具有一層粗晶一層細(xì)晶交替分布的混晶組織。所述制備方法包括：步驟一，制備含氮的高熵預(yù)合金粉；所述含氮的高熵預(yù)合金粉中，金屬元素選自Fe、Co、Cr、Ni、Mn中的至少三種；步驟二，采用選區(qū)激光熔化技術(shù)對步驟一所得含氮的高熵預(yù)合金粉進(jìn)行成形處理；得到含氮高熵合金。本發(fā)明制備工藝簡單、可控；所產(chǎn)品中組織細(xì)小均一、在坯件內(nèi)部氮元素分布均勻、整體氮元素分布也較均勻、機(jī)械性能良好、耐腐蝕性良好；這為實(shí)現(xiàn)含氮高熵合金工程應(yīng)用提供了必要條件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金領(lǐng)域，尤其涉及一種含氮高熵合金復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

高熵合金是指至少四元及以上的過渡族合金元素以等摩爾或者接近等摩爾比例組合在一起的合金。盡管高熵合金的組成比較復(fù)雜，但可以形成單相的過飽和固溶體。高熵合金具有良好的機(jī)械性能、耐腐蝕性能和抗氧化性能。

向高熵合金中添加間隙元素，是一種強(qiáng)化高熵合金的好方法。目前，許多工作已經(jīng)證明向高熵合金引入碳元素能夠顯著提高它的機(jī)械性能。例如，向Fe_40.4Ni_11.3Mn_34.8Al_7.5Cr₆中加入碳元素能夠提高材料的抗拉強(qiáng)度；向FeCoCrNiMn中加入微量的碳元素能夠同時提高材料的強(qiáng)度和塑性，這主要是因?yàn)殡S著碳元素的加入，塑性變形機(jī)制由位錯滑移主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)槲诲e滑移外加孿晶變形共同主導(dǎo)；在FeCoCrNiMn添加碳元素還能夠提高材料的強(qiáng)度，這主要是因?yàn)楣倘軓?qiáng)化以及材料內(nèi)形成硬質(zhì)碳化物。

氮元素作為另一種重要的間隙元素，在奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼等鋼種中加入，可以顯著提高鋼的力學(xué)性能、耐蝕性能、焊接性能等。然而，氮元素強(qiáng)化高熵合金卻鮮有報(bào)道。另外，由于高熵合金本身具有良好的耐腐蝕性能。引入氮元素可能進(jìn)一步提高材料的耐腐蝕性能。

目前，高熵合金主要采用真空電弧熔煉等方法制備。然而熔煉本身冷卻速度較低，含氮高熵合金內(nèi)較粗大的硬質(zhì)氮化物容易在晶界處偏析，損傷材料的力學(xué)性能。另外，由于熔煉的冷卻速度較低，氮元素固溶到材料內(nèi)的含量較低，很難達(dá)到理想的強(qiáng)化效果。而且熔鑄不易成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件，不利于高熵合金一些實(shí)際應(yīng)用需求。同時，現(xiàn)有技術(shù)中也有一些制備含氮高熵合金涂層的技術(shù)，其主要是制成高熵合金涂層后，在涂層上進(jìn)行滲氮。但涂層滲氮是很難得到組織均一的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種含氮高熵合金復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明一種含氮高熵合金復(fù)合材料；所述含氮高熵合金復(fù)合材料中具有一層粗晶一層細(xì)晶交替分布的混晶組織。所述含氮的高熵合金中，金屬元素選自Fe、Co、Cr、Ni、Mn中的至少三種。

本發(fā)明一種含氮高熵合金復(fù)合材料；任意一層粗晶的厚度為80-150微米；任意一層細(xì)晶的厚度為15-35微米、優(yōu)先為20-30微米。該組織的形成提高了材料在受力變形過程中，產(chǎn)生背應(yīng)力，延遲了微裂紋的萌生。在本發(fā)明中，細(xì)晶是指粒徑小于等于35微米的晶粒，粗晶是指粒徑大于等80微米的晶粒、優(yōu)選為80-110微米的晶粒。

本發(fā)明一種含氮高熵合金復(fù)合材料；所述含氮的高熵預(yù)合金中氮原子的摩爾百分含量不高于10％。優(yōu)選為1-5％、進(jìn)一步優(yōu)選為2-4％。

本發(fā)明一種含氮高熵合金復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一

制備含氮的高熵預(yù)合金粉；所述含氮的高熵預(yù)合金粉中，金屬元素選自Fe、Co、Cr、Ni、Mn中的至少三種；

步驟二

采用選區(qū)激光熔化技術(shù)對步驟一所得含氮的高熵預(yù)合金粉進(jìn)行成形處理；得到含氮高熵合金。