[發(fā)明專利]一種低成本高強(qiáng)高韌中熵合金及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010745443.9
• 申請(qǐng)日: 2020-07-29
• 公開（公告）號(hào): CN111961946B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅賢;陸文杰;楊延清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C30/00
• 分類號(hào): C22C30/00;C22C1/02;C22F1/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種低成本高強(qiáng)高韌中熵合金及制備方法，合金的成分為(Ni₂FeCr)_100?x?yAl_xTi_y，Ni、Fe、Cr元素的摩爾比為2:1:1,元素Al、Ti的原子百分比分別為2≤x≤4at.％，2≤y≤4at.％。合金的制備工藝為：將各構(gòu)成元素按照名義成分稱重混合，通過(guò)真空熔煉以及適當(dāng)?shù)淖冃?熱處理工藝獲得。本發(fā)明的合金材料具有納米尺度γ′相彌散分布在FCC基體中的結(jié)構(gòu)特征。本發(fā)明的中熵合金具有低成本、高強(qiáng)度、高塑性，以及優(yōu)異的熱穩(wěn)定性等性能特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低成本高強(qiáng)高韌中熵合金及制備方法。

背景技術(shù)

多主元合金突破了傳統(tǒng)合金的設(shè)計(jì)理念，為設(shè)計(jì)高性能金屬材料提供了一條有效的途徑。多主元合金根據(jù)其組元混合熵，可分為高熵合金(ΔS_mix≥1.5R)和中熵合金(1R＜ΔS_mix＜1.5R)。高熵、中熵合金多組元混合以及原子排列化學(xué)無(wú)序的結(jié)構(gòu)特性，使其顯示出有別于傳統(tǒng)金屬的獨(dú)特性能，如高構(gòu)成熵、大晶格畸變以及原子擴(kuò)散緩慢等效應(yīng)，進(jìn)而表現(xiàn)出一系列優(yōu)異的力學(xué)和物理性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。

面心立方結(jié)構(gòu)(FCC)高熵、中熵合金是當(dāng)前研究最為廣泛的高熵合金體系。FCC結(jié)構(gòu)高熵、中熵合金具有高損傷容限、良好的抗輻照能力、優(yōu)異的低溫性能以及高耐磨、耐腐蝕性能等一系列優(yōu)異的性能，可以作為理想的工程結(jié)構(gòu)材料。然而FCC結(jié)構(gòu)高熵合金表現(xiàn)出強(qiáng)度-塑性嚴(yán)重不匹配的現(xiàn)象，例如純CrCoNi中熵合金，室溫下的屈服強(qiáng)度只有近430MPa，而延伸率高達(dá)72％。這種強(qiáng)度-塑性的矛盾嚴(yán)重制約了FCC結(jié)構(gòu)高熵、中熵合金的發(fā)展與應(yīng)用。析出強(qiáng)化作為最有效的強(qiáng)化手段被廣泛用于高熵、中熵合金的強(qiáng)韌化過(guò)程中，然而當(dāng)前開發(fā)的高性能析出強(qiáng)化高熵、中熵合金多數(shù)含有價(jià)格高昂的Co元素，這無(wú)疑會(huì)減緩高熵、中熵合金的工業(yè)化進(jìn)程。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種無(wú)Co的中熵合金體系，并通過(guò)變形-熱處理工藝的有效配合引入納米尺度的γ′相進(jìn)行強(qiáng)化，不僅可以降低成本，而且可以獲得高強(qiáng)度、高塑性以及熱穩(wěn)定良好的性能組合，具有廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種低成本高強(qiáng)高韌中熵合金及制備方法，針對(duì)高熵、中熵合金強(qiáng)度-塑性不能兼得的難題，而且成本高昂的問(wèn)題，設(shè)計(jì)低成本高強(qiáng)高韌的中熵合金體系，并通過(guò)適當(dāng)?shù)男巫?熱處理方法引入納米尺度的共格析出相進(jìn)行強(qiáng)化。本發(fā)明為高熵、中熵合金的低成本化以及獲得高強(qiáng)高韌的匹配性能提供了技術(shù)指導(dǎo)，將推進(jìn)高熵、中熵合金的工程應(yīng)用。

技術(shù)方案

一種低成本高強(qiáng)高韌中熵合金，其特征在于合金成分為：(Ni₂FeCr)_100-x-yAl_xTi_y，其中：Ni、Fe、Cr元素的摩爾比為2:1:1，Al、Ti元素的原子百分比為2≤x≤4at.％，2≤y≤4at.％。

一種所述低成本高強(qiáng)高韌中熵合金的制備方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、熔煉：將各金屬配料置于真空感應(yīng)熔煉爐中，加熱至1650～1700℃并保溫20～30分鐘，然后傾倒在鋼模中冷卻，得到中熵合金鑄錠；

所述各金屬配料按照Ni、Fe、Cr元素的摩爾比為2:1:1，Al、Ti元素的原子百分比為2≤x≤4at.％，2≤y≤4at.％；

步驟2、變形-熱處理工藝：將所得的均勻化鑄錠進(jìn)行冷變形處理，然后將冷變形的中熵合金進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，獲得所述低成本高強(qiáng)高韌中熵合金材料。

所述各金屬配料采用Ni、Fe、Cr、Al和Ti金屬塊作為原材料。

所述各金屬塊經(jīng)過(guò)研磨去除原材料表面的氧化膜，然后依次置于丙酮、酒精中進(jìn)行超聲清洗后干燥。