[發明專利]一種Re改性的高性能共晶高熵合金及其制備工藝

有效

• 申請號: 202210613323.2
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN115094289B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 曾龍;夏明許;張曉波;李建國
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;蘭州理工大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02;C22F1/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

本發明涉及一種高熵合金，具體涉及一種Re改性的高性能共晶高熵合金及其制備工藝，該共晶高熵合金的化學式為(AlCoCrFeNisubgt;2.1/subgt;)subgt;100?x/subgt;Resubgt;x/subgt;，其中x3；包括如下步驟：S1：母合金制備：按配比分別稱取Al、Co、Cr、Fe、Ni和Re，隨后通過鑄造工藝得到母合金；S2：熱變形：將母合金進行熱軋，使厚度減小至原來的45?65％；S3：退火處理：將經熱軋的高熵合金進行退火；S4：冷變形：將經退火的高熵合金進行冷軋，得到Re改性的高性能共晶高熵合金。與現有技術相比，本發明的高性能共晶高熵合金具有優異的屈服強度、抗拉強度和延伸率，在航空、航天和船舶工業領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種高熵合金，具體涉及一種Re改性的高性能共晶高熵合金及其制備工藝。

背景技術

由于航空、航天、船舶等領域的快速發展，使得高性能金屬材料的需求越來越迫切，而傳統的以單一元素為主元的合金體系發展已經接近瓶頸，難以解決這一矛盾，因此，尋求新型的結構功能材料迫在眉睫。上世紀末，學者葉均蔚首次提出了高熵合金的概念，該合金突破了傳統的合金設計準則，以五種或者五種以上的等摩爾原子比或者近等摩爾原子比的金屬元素組成單相固溶體。由于高熵合金具有熱力學方面的高混合熵、晶體學方面的高晶格畸變以及動力學方面擴散緩慢的特點，因此，該合金擁有優異的拉伸性能(FCC固溶體)或者壓縮性能(BCC固溶體)，受到了廣泛關注。

2014年，大連理工大學盧一平等人利用共晶合金的概念來指導高熵合金的設計，首次提出了共晶高熵合金的概念，設計和制備出具有良好鑄造性能的?AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金，該合金的凝固組織由富CoCrFe元素的FCC固溶體和NiAl的L1結構組成，兩者呈層片狀分布(層間距在100μm左右)，呈現出良好的綜合力學性能。共晶高熵合金的出現解決了傳統高熵合金由于元素熔點相差大而難以均勻制備的難題，極大的促進了高熵合金的發展，自此之后，高熵合金方面的研究報道呈現出指數式的爆發增長。

在AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金的領域，目前研究重點主要是通過調節凝固路徑(3D打印、定向凝固、金屬型凝固)、冷變形(冷軋、冷壓等)、熱變形(熱軋、攪拌摩擦焊等)和熱處理工藝來提高其綜合力學性能。同時，通過調節元素含量來研究亞共晶和過共晶組織以相應的后續工藝對合金的綜合力學性能提升。2019年上海大學鐘云波教授團隊通過塑性變形和熱處理工藝，制備出擁有超細晶結構-雙相異質層片結構的AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金，其屈服強度達到1437MPa，抗拉強度達到1670MPa，同時塑性保持在14％，是迄今為止性能最好的AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金(Nature?Communication,289(2019))。技術進步永無盡頭，繼續提高共晶高熵合金的綜合力學性能，進而推動其在產業中的應用，仍然科研工作者的主要任務之一。

發明內容

Re元素是鎳基單晶高溫合金中常見的一種添加元素，研究表明，錸元素可以通過在界面處形成偏聚的方式來降低晶格錯配度和析出相粗化動力，也可以通過在位錯處析出的方式阻礙位錯的運動，從而提高鎳基高溫合金的力學性能(目前，關于Re在鎳基單晶高溫合金中的作用還在進一步的研究和明確中)。Re元素的添加不僅可以極大地提升合金的機械性能，還能夠極大地提高其高溫蠕變性能和抗熱疲勞性能。比如：二代和三代鎳基單晶高溫合金中的Re元素添加量分別是3％和6％，其耐溫能力比一代單晶高溫合金分別高了30℃和60℃。然而目前，通過Re元素的添加來對AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金的綜合性能進行提高仍尚無報道。

本發明的目的就是為了解決上述問題而提供一種Re改性的高性能共晶高熵合金及其制備工藝，實現了共晶高熵合金的屈服強度和抗拉強度的提升，并具有橫縱力學性能一致，在航空、航天和船舶工業領域具有廣闊的應用前景。

本發明的目的通過以下技術方案實現：