[發明專利]一種高強高韌層狀異構中熵合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202110717404.2
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113444958B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 楊延清;陸文杰;董清軒
• 申請（專利權）人: 威海藍谷材料分析研究院有限公司
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;C22F1/00
• 代理公司: 威海恒譽潤達專利代理事務所(普通合伙) 37260
• 代理人: 曾基

本發明提供了一種高強高韌層狀異構中熵合金及其制備方法，其解決了現有中熵合金表現出強度?塑性性能不匹配的技術問題，其所含主要元素為Ni、Cr、Co、Nb，中熵合金的組分為(Ni₂CrCo)_100?xNb_x，其中Ni、Cr、Co元素的摩爾比為2∶1∶1，Nb元素的原子百分比為2≤x≤5at.％，本發明還公開了高強高韌層狀異構中熵合金的制備方法，其包括配料、熔煉、液氮軋制、熱處理四個步驟，可廣泛應用于金屬材料及其制備領域。

技術領域

本申請屬于金屬材料及其制備領域，具體涉及一種高強高韌層狀異構中熵合金及其制備方法。

背景技術

眾所周知，現代社會科技的迅速發展對于材料的性能需求越來越高，傳統合金設計已經難以滿足需求。高、中熵合金設計理念的出現，為設計高性能金屬材料提供了一條有效的途徑。高、中熵合金的各項獨特性能，如高構成熵，大晶格畸變以及緩慢擴散效應等，使其表現出有別于傳統合金的一系列優異性能，如高硬度、高耐磨、耐腐蝕性能以及良好的抗輻照能力，優異的低溫性能等，作為理想的結構材料。

但是，中熵合金作為由高熵合金概念衍生出來的新型合金，表現出強度- 塑性性能不匹配，例如，CrCoNi中熵合金室溫屈服強度低于400MPa，而斷裂伸長率高達70％，嚴重制約了其發展與應用。目前各類強化手段被應用于中熵合金強韌化研究中，如固溶強化，細晶強化，析出強化，異構強化等，然而單一的強化手段依然無法充分挖掘中熵合金的潛力，該技術問題亟待解決。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述技術的不足，提供一種高強高韌層狀異構中熵合金及其制備方法，有效結合析出強化和異構形變強化效果，獲得強度和塑性相互匹配的優異性能。

為此，本發明提供一種高強高韌層狀異構中熵合金，其所含主要元素為Ni、 Cr、Co、Nb，中熵合金的組分為(Ni₂CrCo)_100-xNb_x，其中Ni、Cr、Co元素的摩爾比為2∶1∶1，Nb元素的原子百分比為2≤x≤5at.％。

一種高強高韌層狀異構中熵合金的制備方法，其包括以下步驟：

步驟(1)，配料：按照中熵合金的名義成分分別對Ni、Cr、Co、Nb單質金屬原料進行精確稱量，備用；

步驟(2)，熔煉：將Ni、Cr、Co、Nb單質金屬原料置于真空感應熔煉爐中加熱至熔化，然后傾倒在鋼模中冷卻，得到中熵合金鑄錠；

步驟(3)，液氮軋制：將得到的中熵合金鑄錠浸入液氮槽中，然后進行多道次軋制處理，以滿足引入大塑形變形的要求。為了抑制軋制過程中的動態再結晶，每道次軋制間隙需要在液氮中充分浸泡，得到液氮軋制的中熵合金；

步驟(4)，熱處理：將得到的中熵合金進行部分再結晶處理，獲得晶粒異構組織；然后進行時效處理，引入析出強化相。即可獲得高強高韌層狀異構中熵合金。

優選的，Ni、Cr、Co和Nb單質金屬原料純度均不低于99.5％。

優選的，在步驟(1)配料之前，對Ni、Cr、Co、和Nb單質金屬原料進行預處理，預處理的方法為：以Ni、Cr、Co、和Nb金屬塊作為原材料，使用機械研磨去除原材料表面氧化皮，然后依次置于丙酮、酒精溶液中進行超聲清洗，繼而吹干備用。

優選的，在步驟(2)熔煉中，將Ni、Cr、Co、Nb單質金屬原料置于真空感應熔煉爐中加熱至熔化并保溫，保溫時間控制在20～30分鐘，然后傾倒在鋼模中冷卻，得到中熵合金鑄錠。熔化單質金屬原料最好分步進行：先加入Ni、 Cr、Co加熱至熔化并保溫，再加入Nb單質金屬原料加熱至熔化并保溫。