[發明專利]一種雙相雙共格輕質高熵合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202110323013.2
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113061794A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 操振華;翟高陽;開明杰
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C30/02;C22C30/06;C22C21/00;C22C1/02;C22F1/04;C22F1/02
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤

本發明公開了一種雙相雙共格異質結構輕質高熵合金設計及其制備方法。其特征在于所述的高熵合金為FCC/BCC雙相雙共格結構，高熵合金按原子數比記為Al_a(TiV)_bM_cN_d，M至少是Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn中的一種，N是Si、C、B等其中的一種或者多種；其中，40≤a≤60，25≤b≤40，0≤c≤10，0≤d≤10，且c,d不同時為0，a+b+c+d＝100。本發明通過磁懸浮感應熔煉直接制備合金錠，所制備合金具有超高強度、低密度、良好的塑性、耐高溫的特點，具有廣泛的應用前景，同時制備方式簡單，制備效果好。

技術領域

本發明屬于金屬材料及其制備領域，具體涉及一種雙相雙共格輕質高熵合金及其制備方法。

背景技術

高熵合金是一種由五種或五種以上組元以近似等原子比組合而成的合金，它突破了以一種或兩種金屬元素為主要組分的傳統合金設計框架，開辟了合金設計新領域。由于多主元效應(高熵效應、晶格畸變效應、遲滯擴散效應和雞尾酒效應)，進而表現出一系列優異的性能，如突出的高溫強度、良好的低溫塑性、良好的耐磨性能、良好的耐腐蝕性以及優異的抗輻照性能。隨著研究的進展，高熵合金的范圍得到了拓展，組元不再局限于五種或五種以上，原子比例也在逐漸偏離等原子比，合金的可設計性大大提高。

在航空領域，機身材料是最重要的結構材料。一方面，需要高強度來保證材料的穩定性；另一方面，需要低密度提高材料的結構效率降低材料的質量系數，提高飛機的運載能力。因此，對航空材料最主要的性能要求就是低密度高強度。目前，飛機上使用的一些結構材料主要是鋁合金與鈦合金，但是傳統的鋁合金、鈦合金以單一主元為主限制了合金金屬性能的改善而且限制合金在成份上選擇的自由度。為了設計制備具有更高比強度，更低密度的輕質高強合金，從輕質高熵合金的角度出發，利用高熵合金遲滯擴散效應以及晶格畸變效應，提高合金自身的強度同時獲得較好的耐高溫性能，可開發出更優異的航空材料。

目前輕質高熵合金大多是BCC型單相合金以及多相合金為主，與傳統輕質合金相比，大多數輕質高熵合金擁有較高的強度、比強度，但其塑性較差，限制了輕質高熵合金的應用范圍。因此，在合金開發的同時要注意合金強度與塑性不能兼容的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決合金強度與塑性不能兼容的問題而提供雙相雙共格輕質高熵合金及其制備方法。

本發明的技術方案為：通過調整Al元素與TiV元素的含量來實現雙相結構，調控合金整體的構型熵、價電子濃度、原子半徑差以及電負性等，獲得雙相結構輕質高熵合金。另一方面，通過熱處理工藝和摻雜過渡元素并調節元素含量來控制共格納米析出相，在兩相中生成共格沉淀相，提高合金的力學性能。其中合金主要由FCC+BCC相構成，硬質相保證了合金的高強度，軟質相為合金提供良好的塑性變形能力，達到高強度與塑性的組合。同時，通過調整元素含量以及熱處理在FCC與BCC相基體中生成各自的共格沉淀相，進一步提高合金的力學性能，如圖1所示為本發明所述雙相雙共格異質結構示意圖。

本發明的具體技術方案：一種雙相雙共格輕質高熵合金，其特征在于，所述的高熵合金為FCC/BCC雙相雙共格結構，高熵合金按原子數比記為Al_a(TiV)_bM_cN_d，M至少是Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn中的一種，N是Si、C、B等其中的一種或者多種；其中，40≤a≤60，25≤b≤40，0≤c≤10，0≤d≤10，且c,d不同時為0，a+b+c+d＝100。

優選上述雙相雙共格異質結構輕質高熵合金的硬度為400-600HV，密度為3.6-4.3g/cm³，耐高溫性能為600-700℃。

本發明還提供了一種制備上述的雙相雙共格輕質高熵合金的方法，采用感應懸浮熔煉法，通過精確調控合金成分與熱處理獲得雙相雙共格結構。

其具體步驟如下：