[發(fā)明專(zhuān)利]一種含氮高熵合金復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810565639.2
• 申請(qǐng)日: 2018-06-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110548869B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉詠;周睿;劉彬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B22F3/105
• 分類(lèi)號(hào): B22F3/105;B22F9/08;B33Y10/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專(zhuān)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(duì)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(jiǎn)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(guò)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(guò)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(shí)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(cuò)滑移主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)槲诲e(cuò)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(shí)，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(wèn)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(guò)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(duì)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。