[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)韌性高硬度的鎂基高熵合金及制備方法

有效

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• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109082582B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐丹;林小娉;黃鐸;權(quán)力偉;陳達(dá)平;申睿
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/03
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉;梅洪玉

本發(fā)明屬于合金技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種高強(qiáng)韌性高硬度的鎂基高熵合金及制備方法，以Mg為基，選取對鎂合金增強(qiáng)、增硬有益的主元元素Al、Gd、Y和Zn，開發(fā)出高強(qiáng)韌性、高硬度的鎂基高熵合金及其制備方法。本發(fā)明的鎂基高熵合金，其工程應(yīng)力?應(yīng)變曲線具有明顯的加工硬化特征，顯微硬度為HV103.3～HV123.7，室溫抗拉強(qiáng)度為458.01～496.65MP，斷后壓縮率為14.83～17.28％的鎂基高熵合金，并且本發(fā)明中的鎂基高熵合金的制備方法簡單、條件易控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于高熵合金思想設(shè)計(jì)的具有高強(qiáng)韌性、高硬度MgAlGdYZn鎂基高熵合金及制備方法。

背景技術(shù)

鎂合金作為工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有比強(qiáng)度高、比剛度高、阻尼性能好的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天、通訊、汽車等行業(yè)。但鑄造鎂合金強(qiáng)度較低，即便是強(qiáng)度最高的Mg-Ga-Y-Zn鑄造合金，其強(qiáng)度也僅在350～380MPa，延伸率在9～12％，硬度低于100HV。鎂合金的絕對強(qiáng)度、硬度不足，已成為鎂合金研究領(lǐng)域的一個瓶頸。

目前提高鎂合金強(qiáng)度與韌性的主要方法是多元合金化，通過固溶強(qiáng)化等提高鎂合金的性能，但往往會形成化合物相，它們可削弱合金元素的固溶度效應(yīng)，也惡化了合金的塑性。

20世紀(jì)90年代，葉均蔚打破傳統(tǒng)的合金設(shè)計(jì)理念，首次在CoCrFeNiCu系合金中提出高熵合金的概念：此合金須具有五個及五個以上主要元素，且每個主元素原子百分比應(yīng)介于5％至35％，而每個次要元素則小于5％(J.M.Yeh,S.K.Chen,S.J.Lin,J.Y.Gan,T.S.Chin,T.T.Shun,C.H.Tsau,S.Y.Chang.Nanostructured high-entropy alloys withmultiple principal elements:novel alloy design concepts and outcomes[J].Adv.Eng.Mat.6(2004)299-303.)。目前，高熵合金主要圍繞Fe基、Co基和Al基等展開的(張博文.FeCrVTi基高熵合金微觀組織及性能研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2017.)(房偉峰.CuCrFeNiMn基高熵合金的微觀組織和耐腐蝕性能研究[D].鄭州大學(xué),2014.)，關(guān)于鎂基的研究報道極少。近年來，李銳等(李銳.高錳含量鎂錳中間合金及高熵鎂合金制備工藝與性能研究[D].重慶大學(xué),2009.DOI:10.7666/d.y1666537.)首次利用高混合熵的概念設(shè)計(jì)了Mg_x(MnAlZnCu)_100-x合金，研究表明Mg_x(MnAlZnCu)_100-x系合金最高硬度可達(dá)440HV，最高抗壓強(qiáng)度為490MPa，但合金的斷后壓縮率均小于3％，為典型的脆性材料。R.Li等人(R.Li etal.Microstructure and Mechanical Properties of MgMnAlZnCu High Entropy AlloyCooling in Three Conditions[J].Materials Science Forum,Vol.686,pp.235-241,2011.)采用等原子比和高熵混合思想設(shè)計(jì)了MgMnAlZnCu合金，合金具有較高的抗壓強(qiáng)度(428MPa-450MPa)和硬度(431HV-467HV)但塑性差(3.29％-5.53％)。尹可心等(尹可心,武保林.高熵合金Al7Mg3.6Cu1.2Zn7Ti1.2的制備與組織結(jié)構(gòu)分析[J].沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報,2015,32(3):25-30.)制備出了Al₇Mg_3.6Cu_1.2Zn₇Ti_1.2含鎂高熵合金，抗壓強(qiáng)度可高達(dá)到572.89MPa，但其脆性依然較大，其斷后壓縮率為5.56％。可見，目前所公開報道的鎂基高熵合金同F(xiàn)e基、Co基一樣，均為脆性材料。高混合熵合金脆性大成為其應(yīng)用的一個瓶頸。因此利用高熵合金概念設(shè)計(jì)新型鎂合金，在提高鎂合金強(qiáng)硬性的同時，提高鎂合金塑韌性就成為目前亟待解決的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容