[發明專利]一種無Co共晶中熵合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202010761501.7
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111876647A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 于鵬飛;盧燁;李工;劉日平
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 陳麗;李洪福

本發明公開一種無Co共晶中熵合金及其制備的方法，屬于共晶高熵合金制備技術領域，本發明合金的化學成分表達式為CrFeNiNb_x，x取值范圍為0.25～0.33；其中，CrFeNiNb_0.25合金的組織為亞共晶組織，CrFeNiNb_0.31合金的組織為共晶組織，CrFeNiNb_0.33合金的組織為過共晶組織。利用真空電弧熔煉技術對預先設計好成分的中熵合金CrFeNiNb_x進行制備。合金微觀結構由FCC和Laves兩相組成，通過Nb的添加，合金強度相比單相FCC結構中熵合金有很大提高，完全共晶成分的CrFeNiNb_0.31合金具有優異的綜合力學性能。并且，由于不含有貴金屬Co，使得該共晶中熵合金具有潛在的工程應用價值。

技術領域

本發明涉及金屬材料及其制備技術領域，具體為一種無Co共晶中熵合金及其制備方法。

背景技術

高熵合金是近年來發展起來的一類新型合金，其主要由面心立方、體心立方和密排六方組成的固溶體合金。其相結構組成簡單，并且具有優異的力學性能，有希望成為新一代的結構材料。

共晶高熵合金由于具有熔點低、鑄造性能良好、組織可控等優點，已經廣泛應用于傳統金屬領域。2014年，大連理工大學的盧一平學者提出了共晶高熵合金這一概念，其設計的AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金由軟質的FCC相和硬質的BCC相組成，其具有良好的鑄造性能以及優異的力學性能。目前，已經報道了大量的CoCrFeNi基以及CoCrNi基共晶高熵合金。蔣等報道了CoCrFeNiTa_0.4共晶合金，該合金由韌性的FCC相和脆硬的Laves相組成，其斷裂強度達到2293MPa，壓縮塑性為22.6％。Chanda等開發了CoCrFeNiNb_0.45完全的共晶高熵合金。專利2018109454652公開了一種Ni-Co-Cr-Ti-Ta-Al-M高熵共晶合金，其化學成分表達式為Ni_aCo_bCr_cTi_dTa_eAl_fM_g，所述M為Hf和Zr中的一種或兩種。專利2018108407654公開了一種鈷鐵鎳釩鋯高熵合金，其組成按照摩爾比計為CoFeNi_xVZr_0.55，其中Ni的含量按照摩爾比為1.8≤x≤2.6。專利CN201911156093.6公開了一種CoCrNiHf_x共晶中熵合金，其中，x＝0.1～0.5，具有十分優異的中高溫綜合力學性能。

以上共晶高熵合金，從合金相組成角度，共晶高熵合金主要由FCC相和BCC相，或者FCC相加Laves相組成。從合金成分角度，主要以Ni、Co、Fe、Cr、Al元素為基礎，通過Zr、Ti、Hf、V、Nb、Ta和Mo等元素調整獲得共晶組織。由于所用到的Co單質價格昂貴，其價格比Cr、Fe、Ni等高出六倍多，使得共晶高熵合金制造成本較高，阻礙了共晶高熵合金的工業應用。

因此，在保證共晶高熵合金的力學性能的情況下，降低共晶高熵合金中Co元素的含量，以降低合金制造成本，進而推動共晶高熵合金的工程應用，是目前亟需解決的技術問題。

發明內容

為解決含Co共晶高熵合金成本高的技術問題，本發明的目的在于提供一種無Co共晶中熵合金及其制備方法，通過在具有單相FCC結構的CrFeNi中熵合金基礎上添加金屬元素Nb，使得合金中形成了FCC相和Laves相的共晶組織，合金具有與含Co共晶高熵合金相近的力學性能，并且其制備成本更低，為開發低成本具有工程應用潛力的共晶高熵合金提供了解決方案。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下：