[發明專利]沉淀強化型高熵合金及其制備工藝

有效

• 申請號: 202010027071.6
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111139391B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 鐘志宏;湯蔚霞;劉成友;陳暢
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;C22F1/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發明公開了沉淀強化型高熵合金及其制備工藝，是以Fe、Co、Ni、Cr、Al、Ti和Nb金屬塊作為原料，通過真空感應熔煉、軋制及熱處理工藝制備而成。本發明所得合金具有“球形Ni₃Al型金屬間化合物在面心立方固溶體基體上共格析出”的特征組織，它利用納米尺寸(Ni,Co)₃(Al,Ti,Nb)強化FeCoNiCr高熵合金基體，通過Ni₃Al型金屬間化合物在基體上共格析出從而強化合金；本發明所得沉淀強化型高熵合金具有高強度、高塑性、微觀組織結構可調等特點。

技術領域

本發明涉及沉淀強化型高熵合金及其制備工藝，屬于高熵合金領域。

背景技術

高強度、高塑性的高性能材料對于提高工程可靠性和能源效率，以及減少材料生產過程中的二氧化碳排放是非常必要的。然而，由于強度和塑性之間存在著相互排斥的關系，因此，開發出能大幅度提高強度和塑性的先進材料具有很大的挑戰性。單相合金通常具有良好的塑性，但強度相對較低。納米孿晶和轉變誘導馬氏體的引入提高了合金的強度，然而，從這些方法獲得的屈服強度仍然有限，制約了其應用范圍。

最近十幾年發展起來的高熵合金，采用多種元素作為主元素，突破了傳統合金的設計理念。相比于傳統合金，高熵合金具有高混合熵、大的晶格畸變、緩慢擴散和固溶強化等特點，擁有高硬度、高強度、耐腐蝕和熱穩定性等優異性能，其多元素合金系統的設計原則為這些擔憂提供了一條有效的途徑。

在所有當前研究的高熵合金體系中，最為普遍受到研究者們興趣的是具有穩定的單相面心立方結構高熵合金。面心立方結構高熵合金在室溫均表現出高的塑性，而其強度相對來說比較低。例如，FCC結構的CoCrFeNiMn高熵合金，其抗拉強度僅為400MPa。在不降低塑性或降低程度較小的情況下，如何提高面心立方結構高熵合金的硬度和強度，對高熵合金的實際應用具有重要的現實意義。本發明通過合金成分的設計以及一系列熱處理條件的選擇，從而可控的在FCC型的高熵合金系統中實現多組分金屬間化合物的強化，不僅能夠充分發揮金屬間化合物的強化作用，而且能夠保持較高的塑性變形穩定性，從而獲得了強度和塑性良好的組合，具有廣闊的應用前景。

發明內容

針對目前FCC結構高熵合金普遍強度偏低的問題，本發明的目的在于提供沉淀強化型高熵合金及其制備工藝，所述高熵合金采用熔煉成型工藝、均勻化處理、冷軋、固溶處理以及時效處理制備而成，在FeCoNiCr高熵合金基體上析出了納米尺寸的Ni₃Al型金屬間化合物強化相，在不降低塑性或降低程度較小的情況下，在室溫下顯著提高了其屈服強度和拉伸強度。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

沉淀強化型高熵合金，其特點在于：所述高熵合金的化學式記為Fe_aCo_bNi_cCr_dAl_eTi_mNb_n，其中a、b、c、d、e、m、n為相應元素的原子百分數，20≤a≤25、20≤b≤25、20≤c≤25、20≤d≤25、2≤e≤4，1≤m≤2、1≤n≤2，且a+b+c+d+e+m+n＝100、e/(m+n)＝1～2。

進一步地，a、b、c、d、e、m和n的取值優選為：22≤a≤24、22≤b≤24、22≤c≤24、22≤d≤24、2.5≤e≤3.5，1≤m≤1.5、1≤n≤1.5。

本發明所述沉淀強化型高熵合金的制備工藝，包括如下步驟：

步驟1、以Fe、Co、Ni、Cr、Al、Ti和Nb金屬塊作為原料，在真空感應熔煉爐中加熱至1700℃～1750℃并保溫20～25分鐘，然后傾鑄在鋼模中進行冷卻，得到高熵合金鑄錠；

步驟2、將所述高熵合金鑄錠置于加熱爐中進行均勻化處理；然后對均勻化后的高熵合金進行冷加工處理；最后將冷加工后的高熵合金置于加熱爐中進行固溶處理和時效處理，即獲得沉淀強化型高熵合金。