[發(fā)明專利]一種輕質(zhì)高強(qiáng)耐腐蝕高熵合金及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111574497.4
• 申請(qǐng)日: 2021-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114231818B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟龍;林春;譚鳴天;柯靈升;王東;楊飛飛;齊濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院江西稀土研究院;中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所
• 主分類號(hào): C22C30/00
• 分類號(hào): C22C30/00;C22C1/02;C23G1/02;C23G5/032;B08B3/12;F26B5/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 王艷齋

本發(fā)明提供了一種輕質(zhì)高強(qiáng)耐腐蝕高熵合金及其制備方法，所述輕質(zhì)高強(qiáng)耐腐蝕高熵合金由Al、Co、Ni、V與Ti組成，元素組成為Al_xCoNiVTi_y；其中，x＝0.2～1，y＝0.1～1.6。本發(fā)明所述高熵合金以摩爾比為1:1:1的Co、Ni、V組成基體合金，將輕質(zhì)金屬元素Al與Ti作為改性金屬，并進(jìn)一步限定Al對(duì)應(yīng)的化學(xué)計(jì)量比x＝0.2～1，Ti對(duì)應(yīng)的化學(xué)計(jì)量比y＝0.1～1.6，使得本發(fā)明所述高熵合金具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度和強(qiáng)耐腐蝕性的特征，可應(yīng)用于制備航空航天上耐腐蝕涂層和新能源汽車上耐腐蝕性新材料；此外，本發(fā)明所述高熵合金制備方法具有成本低廉、操作簡(jiǎn)單和易于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料及其制備領(lǐng)域，具體涉及一種輕質(zhì)高強(qiáng)耐腐蝕高熵合金及其制備方法。

背景技術(shù)

高熵合金是由四種或四種以上主元金屬組成的新型合金，具有高熵效應(yīng)、晶格畸變效應(yīng)、緩慢擴(kuò)散效應(yīng)和“雞尾酒效應(yīng)”等特性。該類合金在力學(xué)性能、抗腐蝕性能以及高溫抗氧化性能等方面具有優(yōu)于傳統(tǒng)合金的性能，且具有很高的靈活性和可設(shè)計(jì)性。這些優(yōu)異的性能使得高熵合金在航空航天、機(jī)械等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用空間，尤其在航空航天領(lǐng)域以及新能源領(lǐng)域中，具有高比強(qiáng)度的輕質(zhì)耐腐蝕合金具有重要的應(yīng)用前景。

在碳達(dá)峰和碳中和的大背景下，高密度的合金作為結(jié)構(gòu)材料，能耗大，不利于燃料能源的高效利用，而對(duì)于新能源汽車而言，輕量化高性能合金更是新能源汽車零部件首選，具有強(qiáng)耐腐蝕性的輕質(zhì)合金，還可以作為耐腐蝕涂層。因此，開(kāi)發(fā)具有低密度高硬度和強(qiáng)耐腐蝕性的高熵合金，有望作為新能源汽車高耐腐蝕零部件和飛機(jī)涂層的候選材料。

已有研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于大部分高熵合金，低密度元素Al鈍化時(shí)容易形成多孔組織，對(duì)耐腐蝕性具有不利影響往往被舍棄。因此，設(shè)計(jì)強(qiáng)耐腐蝕性的高熵合金的主要依靠Cr、Ni等過(guò)渡元素的鈍化作用，大量使用這類元素會(huì)導(dǎo)致合金密度變大，所以獲得低密度和強(qiáng)耐腐蝕性的高熵合金成為難題。

現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了一些不同體系的高熵合金，例如CN 111440980A公開(kāi)了一種含鋯的高硬度耐腐蝕高熵合金材料及其制備方法，得到的CoCrFeNiZr_x高熵合金具有較高的耐腐蝕性和硬度，但作為海洋裝備結(jié)構(gòu)材料難以達(dá)到輕質(zhì)要求，對(duì)于以燃料能源為主的海洋運(yùn)輸機(jī)械而言，不利于不可再生燃料能源的高效利用。

CN 107488804A公開(kāi)了一種超高強(qiáng)度、硬度及耐腐蝕CrMnFeVTi高熵合金及其制備方法，獲得了超高強(qiáng)度CrMnFeVTi合金，Ti和V元素保證具有較高的耐腐蝕性，但高密度金屬Cr、Mn、Fe難以達(dá)到輕質(zhì)效果，通過(guò)機(jī)械合金化法和放電等離子燒結(jié)制備方法耗時(shí)長(zhǎng)，效率較低難以滿足工業(yè)生產(chǎn)需求，通過(guò)王水腐蝕組織出現(xiàn)時(shí)間難以對(duì)耐腐蝕性能進(jìn)行量化。超高強(qiáng)度一般以犧牲塑性為代價(jià)，難以獲得較好的綜合力學(xué)性能，大大限制了其應(yīng)用。

CN 111647792A公開(kāi)了一種輕質(zhì)高熵合金Al_aMg_bZn_cCr_dCu_eTi_f，該合金具有很低的密度，但高含量的活潑金屬Al、Mg、Zn難以達(dá)到耐腐蝕性要求，在腐蝕環(huán)境下難以應(yīng)用。

高熵合金理念的提出，打開(kāi)了合金材料設(shè)計(jì)的新領(lǐng)域，對(duì)設(shè)計(jì)和發(fā)展輕質(zhì)、耐腐蝕新型合金的提供了新思路。傳統(tǒng)合金以一兩種元素為主元，主元元素的性質(zhì)限制了合金的性能更好的發(fā)揮，而高熵合金打破了這個(gè)概念，為新材料設(shè)計(jì)和優(yōu)良性能開(kāi)發(fā)出了一條新途徑。利用高熵合金的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)高含量的輕質(zhì)元素和耐腐蝕性元素相互配合，可以開(kāi)發(fā)更輕質(zhì)的強(qiáng)耐腐蝕性新材料。而且它的成分可設(shè)計(jì)性，對(duì)不耐點(diǎn)蝕的傳統(tǒng)不銹鋼、由于元素雜質(zhì)含量偏差大，質(zhì)量參差不齊的耐腐蝕合金提供了一個(gè)新的思路。研究開(kāi)發(fā)輕質(zhì)、強(qiáng)耐腐蝕高熵合金，對(duì)應(yīng)用于飛機(jī)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的耐腐蝕涂層、輕量化交通以及航空航天等國(guó)防重要工程裝備具有重大意義。

因此，很有必要開(kāi)發(fā)一種具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度和強(qiáng)耐腐蝕性的新型高熵合金，應(yīng)用于制備耐腐蝕涂層和新能源汽車耐腐蝕零部件等方面。