[發明專利]一種具有強度-塑性協同效應的新型中熵合金材料

在審

• 申請號: 202110371153.7
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113308634A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 蔣建中;雷蒙德;王曉東;曹慶平;張冬仙
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種具有強度?塑性協同效應的新型中熵合金材料，其成分原子百分比為Alx(CoNiV)100?x(x＝0.01?10％)，采用一種簡單的沉淀強化方法，可以獲得極高的比屈服強度。同時其具有從低溫到中溫的持續優異的強度?塑性協同作用以及高溫下的超塑性行為。該合金材料成分的發現為在較寬的溫度范圍內設計具有先進強度?延性組合的沉淀強化輕質合金材料開辟了道路，并闡明了潛在的微觀機制。

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，尤其涉及一種具有強度-塑性協同效應的新型中熵合金材料。

背景技術

冶金學家一直夢想在一個溫度下同時制造出具有超高抗拉強度和優良延展性(塑性應變大于30％)的合金，甚至在更寬的溫度范圍內制造出具有力學性能更好的合金。合金的力學響應顯著地依賴于使用溫度，并且對于一種特定的合金來說，在較寬的溫度范圍內具有優良的強度-塑性組合是極其困難的。先進的結構材料必須具有高的損傷極限而不致過早斷裂。與傳統的合金設計相比，近年來出現的高熵合金或中熵合金提出了一種非常規的概念和方法。這些高熵合金和中熵合金是一類由多種主元素組成的新材料，可能具有廣泛的性能組合潛力。面心立方高熵合金的特點是室溫下屈服強度低，而體心立方高熵合金的延性不足。由于早期的高熵合金研究主要集中在單相微結構上，其從實驗室設計的材料到先進結構材料的轉變由于其有限的力學性能而成為一個主要的缺點。盡管面心立方結構的高熵合金在冷態時通過激活額外的變形機制變得更強，但在室溫下獲得超高屈服強度一直是一個挑戰。

釩是中熵合金中的一種重要元素，在面心立方和體心立方結構中，釩通過嚴重的晶格畸變和較大的錯配體積提供了強大的固溶體硬化。面心立方結構的CoNiV材料除了具有很高的耐腐蝕性和氫脆性外，還具有最高的屈服強度，這使得含V的中熵合金具有很大的潛力在結構應用方面。目前為止，人們急需研發具有強度-塑性協同效應的、極高的比屈服強度的合金材料。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術不足，提供了一種具有強度-塑性協同效應的新型中熵合金材料。采用簡單的Al微合金化方法，對面心立方結構的CoNiV中熵合金進行沉淀強化，得到一系列具有雙相結構的Al_x(CoNiV)_100-x(x＝0.01-10％)合金。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種具有強度-塑性協同效應的新型中熵合金材料，所述新型中熵合金材料成分原子百分比為Al_x(CoNiV)_100-x，其中x＝0.01-10％。

進一步地，所述新型中熵合金材料成分原子百分比優選為Al₅(CoNiV)₉₅合金。

進一步地，所述所述的具有強度-塑性協同效應的新型中熵合金材料的制備方法包括以下步驟：

(1)按照所述原子百分比稱量鋁、鈷、鎳和釩,例如，5％鋁、31.667％鈷、31.667％鎳和31.666％釩，將稱量得到的鋁、鈷、鎳和釩置于真空熔煉爐中，然后抽真空并進行電弧熔煉得到母合金錠子(熔煉溫度一般高于1600K)，將母合金錠子翻轉并熔煉多次，制得合金片。

(2)將得到的合金片置于石英管中真空密封，在1373K下退火8個小時，然后進行水淬。

(3)將水淬后的合金片進行室溫軋制，合金片的厚度減小65％，然后在1173K下退火1個小時，然后再次進行水淬，得到所述新型中熵合金材料。

與現有技術相比，本發明具有的有益效果如下：