[發(fā)明專利]一種新型鑄態(tài)高延性高熵合金及其制備方法和應用

在審

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• 申請日: 2022-10-12
• 公開（公告）號: CN115595492A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設計）人: 李旭;張志彬;胡振鋒;張舒研;井致遠;梁秀兵;蔣斌;董志華;何維均;宋江鳳;王翠紅;鄭志瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學
• 主分類號: C22C30/02
• 分類號: C22C30/02;C22C1/02
• 代理公司: 重慶企進專利代理事務所(普通合伙) 50251
• 代理人: 周輝

本發(fā)明公開了一種新型鑄態(tài)高延性高熵合金及其制備方法和應用，所述高熵合金的原子百分比表達式為：(FeCoNi)_YCu_XAl_25?X，10≤X≤15，70≤Y≤80。該合金具有較低的層錯能和晶界呈現(xiàn)出鋸齒狀形貌等特性，有效增加了材料的延性。本發(fā)明所制備的高熵合金在鑄態(tài)狀態(tài)下力學性能優(yōu)異，最高壓縮斷裂強度達到440MPa，延伸率超過80％，材料壓縮過程中不發(fā)生斷裂，且本發(fā)明所制備高熵合金的理論密度等于或低于8g/cm³，拓展了其在工業(yè)生產(chǎn)中的實際應用領域。本發(fā)明工藝簡單，不需要進行后續(xù)的冷加工與熱加工工藝，有效縮短材料的加工流程，原材料低廉，資料豐富，提升材料的性價比，具有良好的應用前景。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及高熵合金鑄造制備技術(shù)領域，具體涉及一種新型鑄態(tài)高延性高熵合金及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

高熵合金(High-entropy alloys，HEAs)是近些年來發(fā)展的新型合金材料，它是由5種或者5種以上的合金元素以等原子比或者接近等原子比混合而成，每一元素含量在5at.％-35at.％之間，沒有任何一種元素占主導。高熵合金又可以稱為多組元合金(multi-principal element alloys，MPEAs)或者復雜的中間合金(complex concentratedalloys，CCAs)。根據(jù)固體中相結(jié)構(gòu)及相形成規(guī)律，構(gòu)成金屬材料的元素組分越多，最終形成的相種類越多，結(jié)構(gòu)越復雜，且易形成金屬間化合物，惡化材料的力學性能。不過由于高熵效應，在高熵合金中，形成相的數(shù)量遠低于理論相圖計算結(jié)果中形成的相數(shù)量，且高熵合金中形成相的結(jié)構(gòu)相對簡單，各元素的原子無序隨機的分布在晶格位置上，形成單一相的固溶體合金，在熱力學上表現(xiàn)出高熵效應，在動力學上表現(xiàn)緩慢擴散效應，在結(jié)構(gòu)上則表現(xiàn)出晶格畸變效應，具有較為優(yōu)異的力學、耐腐蝕以及抗輻照性能。因此，高熵合金目前在結(jié)構(gòu)材料、核工業(yè)、化工等領域受到越來越多的關注。同時，高熵合金也是目前學術(shù)界研究的熱點材料。

近幾年，隨著對高熵合金研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)由于鑄造過程中的熱膨脹和冷凝易使鑄態(tài)合金出現(xiàn)內(nèi)應力大、成分偏析，所以高熵合金的鑄態(tài)組織缺陷較多，主要為鑄態(tài)氣孔，縮松以及微裂紋，嚴重限制了鑄態(tài)合金的變形能力。為進一步提升合金的綜合力學性能，眾多研究學者采用鑄態(tài)合金固溶處理+冷軋+再結(jié)晶處理+時效處理或合金固溶處理+熱軋+時效處理的工藝提升材料的力學性能，該工藝在高熵合金性能調(diào)控領域取得了廣泛的應用。如發(fā)明專利CN107760963B公開了一種含氮FeCoCrNiMn高熵合金，所用成分的原子百分數(shù)為：鐵：5～35％；鈷：5～35％；鉻：5～35％；鎳：5～35％；錳：5～35％；氮：0.01～0.3％。對熔煉后的鑄錠進行鍛造，再將鍛造后的FeCoCrNiMnNx高熵合金進行在1100℃下保溫6h的固溶處理，冷軋變形，對軋制后的合金在800℃下保溫6h后，取出空冷，所得到的合金的塑性達到50～65％。發(fā)明專利CN113430445A公開了一種FeCrNiAlMoNb高熵合金及其制備方法，其成分為(摩爾百分比)Fe 30～46％、Cr 13～27％、Ni 15～37％、Al 0～10％、Mo 1～10％、Nb 0～9％，由以下步驟制備而成：(1)高熵合金的冶煉與鑄造；(2)軋制(鍛造及熱軋和/或冷軋)；(3)熱處理；制得的高熵合金的拉伸屈服強度可達950MPa，具有37％的延伸率。而上述方法使高熵合金的加工工業(yè)復雜化，過長的加工流程以及高能耗處理工藝顯著降低了材料的經(jīng)濟效益，嚴重提高了高熵合金的應用門檻。且合金延性提高仍然有限，不能滿足高熵合金材料工程化中日益增加的高需求。所以開發(fā)一種綜合性能優(yōu)異，造價低廉的鑄態(tài)高延性高熵合金材料就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：如何提供一種新型鑄態(tài)高延性高熵合金及其制備方法，解決現(xiàn)有鑄態(tài)高熵合金存在工藝復雜，材料制備流程長，能耗高，成本高以及延性性能不佳等問題。