[發明專利]一種具有優異熱改性的Co-Cr-Fe-Ni-V-B共晶高熵合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202210352652.6
• 申請日: 2022-04-06
• 公開（公告）號: CN114657437B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 盧一平;張令坤;李廷舉;王同敏;曹志強;接金川;張宇博;康慧君;郭恩宇
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;C22F1/00
• 代理公司: 大連大工智訊專利代理事務所(特殊普通合伙) 21244
• 代理人: 梁左秋

本發明提供了一種具有優異熱改性的Co?Cr?Fe?Ni?V?B共晶高熵合金及其制備方法。所述共晶高熵合金的通式為Co_aCr_bFe_cNi_dV_eB_f，其中，0.8≤a≤1.2、0.8≤b≤1.2、0.8≤c≤1.2、1.6≤d≤2.4、0.8≤e≤1.2、0.3≤f≤0.6，a、b、c、d、e和f分別為對應元素的摩爾比。本發明共晶高熵合金通過簡單的高溫退火熱處理，長條狀的M₃B₂相被有效地熔斷和球化，并呈現為球狀形貌，減少了應力集中，使得該合金的斷裂韌性得到極大提高，同時拉伸強度依然保持著較高的水平。該共晶高熵合金所展現出顯著的熱改性特征，在工程結構領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及高熵合金技術，尤其涉及一種具有優異熱改性的Co-Cr-Fe-Ni-V-B共晶高熵合金及其制備方法。

背景技術

高熵合金作為近些年來發展迅猛的一類新型材料，因其優異的力學性能(高強度，高硬度等)和特殊的功能性能(耐輻照性能，軟磁性，生物相容性等)，在材料研究領域得到廣泛關注，有望成為未來潛在的結構-功能一體化材料。然而，由于高熵合金元素種類多和原子尺寸差異大等因素，使得其在鑄造過程中存在流動性差，成分偏析和各種鑄造缺陷等弊端。盡管高熵合金由4種及以上主元所組成，但在鑄態下依然呈現為單相無序固溶體結構。例如面心立方無序固溶體結構和體心立方無序固溶體結構。對于具有面心立方無序固溶體結構的高熵合金，展現出好的塑性，但強度較低；而對于具有體心立方無序固溶體結構的高熵合金，展現出高的強度，但塑性較差。

針對以上問題，2014年盧一平等人提出了共晶高熵合金概念，并成功設計出AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金。一方面，該合金通過構建軟-硬雙相結構，解決了高熵合金強塑性匹配差的問題；另一方面，該合金通過共晶反應，改善了高熵合金鑄造流動性差和成分偏析等弊端。自首個AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金設計出來以后，多種共晶高熵合金的設計方法和體系得到不斷地發展，但就目前已報道的共晶高熵合金成分而言，絕大部分共晶高熵合金設計都是基于金屬元素，而非金屬化共晶高熵合金設計很少被報道。非金屬元素，因其小的原子半徑、低的密度和便宜的價格，經常在非晶領域中得到研究，例如專利CN113862722A公開了一種高熵非晶型陽極析氧電極材料及其制備方法，其中，成分為(Fe_0.2Co_0.2Ni_0.2Cr_0.2V_0.2)_100-x B_x。該材料在結構上為非晶態，處于熱力學亞穩的無序狀態，展現出優異的耐腐蝕性能。但值得注意的是，高熵非晶與共晶高熵合金在本質上存在天壤之別。前者為非晶態材料，沒有固定熔點，且難以實現大尺寸制備；而后者則為晶體材料，單一熔點，且容易實現大尺寸制備由于優異的鑄造流動性。無論如何，如何設計具有好的鑄造流動性和優異強韌性的含非金屬元素的共晶高熵合金仍然面臨巨大挑戰。

發明內容

本發明的目的在于，針對目前共晶高熵合金非金屬化設計被稀少報道等問題，提出一種具有優異熱改性的Co-Cr-Fe-Ni-V-B共晶高熵合金。在鑄態下，該合金中的硬質相呈現為長條狀形貌，嚴重毒害了該合金的斷裂韌性。通過簡單的高溫退火，長條狀硬質相發生熔斷和球化現象，并呈現為球狀形貌，使得該合金的斷裂韌性得到極大地提高，同時拉伸強度幾乎沒有縮減。該共晶高熵合金展現出的顯著的熱改性特征，有望在工程結構領域得到廣泛應用。本發明共晶高熵合金制備方法簡單、安全可靠、經濟實用。