[發明專利]一種具有低溫高強韌納米孿晶高熵合金的制備方法

有效

• 申請號: 202210693578.4
• 申請日: 2022-06-17
• 公開（公告）號: CN115058667B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 馬新凱;李家豪;陸科杰;羅勝年
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C22F1/00
• 分類號: C22F1/00;C21D1/30
• 代理公司: 北京云嘉湃富知識產權代理有限公司 11678
• 代理人: 劉新桐

本發明公開了一種具有低溫高強韌納米孿晶高熵合金的制備方法，本發明方法提供了一種制備高密度納米孿晶的理想方法，通過低溫多向壓縮來實現層錯能的降低以及流動應力的增加，而從激活納米孿晶，改善Alsubgt;0.1/subgt;CoCrFeNi高熵合金的強度和塑性。此外，引入納米孿晶的同時，位錯與納米孿晶間的相互作用還會產生微帶和剪切帶。這些有利因素不僅使Alsubgt;0.1/subgt;CoCrFeNi高熵合金產生優異的力學性能Alsubgt;0.1/subgt;CoCrFeNi高熵合金通過低溫多向壓縮和退火處理獲得了大量分層的納米孿晶，當加載溫度降低到77K時，屈服強度提高了2倍，極限抗拉強度提高了10％。此外，在引入納米孿晶的同時，位錯與納米孿晶的相互作用也產生了多種變形機制，這為后續探索在極端條件下變形的材料奠定了基礎。

技術領域

本發明涉及納米孿晶材料的技術領域，具體涉及一種具有低溫高強韌納米孿晶高熵合金的制備方法。

背景技術

納米孿晶作為一種特殊的微觀結構，能夠為金屬材料帶來卓越的強度-延展性協同作用。在納米孿晶強化中，強化程度取決于孿晶界的密度和位錯的性質，孿晶界的密度增加，孿晶界和位錯的相互作用有可能變得更加頻繁，強度有望得到提升。另外，不同的滑移系統(滑移面和滑移方向)會激活不同的位錯-孿晶界相互作用模式(硬模式和/或軟模式)，導致孿晶界對位錯的阻礙能力有強弱之分。位錯有可能在孿晶界處形成堆積、或者被固定到孿晶界上甚至被傳遞到相鄰晶粒中。同時，位錯也可以在孿晶片層內滑移和積累，這表明高密度的納米孿晶合金可能會具有延展性、韌性和加工硬化能力。研究表明，由于納米孿晶的形成，高熵合金在低溫下表現出優異的機械性能，可廣泛應用于石油化工、制冷等行業，如石油、天然氣深冷分離設備，貯存、處理及輸運液化氣的設備與裝置，低溫冷卻裝置，空分設備，冷凍設備；寒冷地區戶外作業的機械設備與工程結構；采用液氦作冷卻介質的超導磁體、超導機械；航天飛機、火箭及飛船的液體燃料儲箱；磁懸浮列車；超低溫貯能環等工程及高技術領域。

晶體中形成孿晶的主要方式有三種：(1)通過機械變形產生的變形孿晶，通常呈透鏡狀或片狀；(2)生長孿晶，包括晶體自氣態(如氣相沉積)、液態(液相凝固)或固體中長大時形成的孿晶；(3)變形金屬通過再結晶退火而形成的退火孿晶，退火孿晶往往以相互平行的孿晶面為界橫貫整個晶粒。

目前，塑性變形、電解沉積、磁控濺射等是制備納米孿晶材料的主要技術。然而，采用電解沉積和磁控濺射來制備的工藝參數相對復雜，制備的納米孿晶材料通常為微米厚的薄膜。因此，如何有效地引入大量的納米孿晶仍然是一個挑戰。

有研究發現扭轉、表面機械研磨(SMGT)、壓縮、冷軋、動態塑性變形(DPD)等能夠將納米孿晶引入到不同合金中。通過扭轉在TWIP鋼中引入了納米孿晶使“強度-延展性矛盾”的長期難題得到解決。采用表面機械研磨方法在CuAl合金中獲得了納米孿晶。室溫條件下對粗大晶粒的5A02-O鋁合金進行準靜態單軸壓縮也能夠制備出納米孿晶。通過動態塑性變形技術在多種材料例如純Cu、銅合金、不銹鋼和TWIP鋼中成功制備了納米孿晶等混合結構。