[發(fā)明專利]具有低溫塑性的耐腐蝕的低膨脹高熵合金及制備和應(yīng)用

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• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN115961200A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邢獻(xiàn)然;林鯤;楊萬達(dá);譚欣
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C38/44;C22C38/52;C22C1/02;C22C33/04;B65D90/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 岳野

本發(fā)明公開了一種具有低溫塑性的耐腐蝕的低膨脹高熵合金及制備和應(yīng)用，該高熵合金的各個元素的原子百分?jǐn)?shù)：Co:47.5％～48.5％，Cr:9.0％～11.0％，Ni:2.5％～4.0％，Mo:0.3％～1.7％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。且高熵合金為五元合金，其低膨脹取決于晶格振動產(chǎn)生的正膨脹和磁體積效應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)膨脹疊加作用，原位結(jié)構(gòu)的單相FCC奧氏體，且合金的表面有致密的氧化膜，熱膨脹系數(shù)在100?250K區(qū)間內(nèi)平均為：1×10supgt;?6/supgt;/K,熱膨脹系數(shù)在100?350K區(qū)間內(nèi)平均為：2×10supgt;?6/supgt;/K。該高熵合金兼具優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、卓越的耐腐蝕性能、應(yīng)用前景廣闊，商用價值巨大。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，尤其涉及一種具有低溫塑性的耐腐蝕的低膨脹高熵合金及制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著社會的日益發(fā)展和人們生活水平的逐步提高，大量的能源消耗是擺在全人類眼前的重大問題。液化天然氣作為清潔能源備受青睞但其運輸較為困難，目前的LNG船內(nèi)膜應(yīng)用的低膨脹合金是19世紀(jì)末研發(fā)的因瓦合金(Fe-36Ni)。因瓦合金熱膨脹系數(shù)較低但耐腐蝕性較差，在制備和應(yīng)用過程中須嚴(yán)格防止腐蝕，限制了其使用場景。然而目前并沒有合適的低膨脹材料能取代因瓦合金。

低膨脹材料目前大體分為陶瓷材料、復(fù)合材料以及金屬材料三大類。陶瓷材料不良的力學(xué)性能和加工性導(dǎo)致其應(yīng)用十分受限。復(fù)合材料雖然可以通過固相燒結(jié)形成金屬/陶瓷基復(fù)合零膨脹材料，但其陶瓷材料部分的力學(xué)性能問題并沒有解決，而且復(fù)合材料難以長期循環(huán)使用。對于金屬材料，現(xiàn)有的低膨脹合金多為金屬間化合物，其固有脆性導(dǎo)致實際應(yīng)用受限。其外，20世紀(jì)報道了不銹因瓦(Fe-54.5Co-9Cr)與超因瓦(Fe-31Ni-5Co)合金，其熱膨脹系數(shù)較因瓦合金更低，但在附近數(shù)十度溫區(qū)內(nèi)易發(fā)生馬氏體相變，致使熱膨脹性不可循環(huán)。對于金屬材料而言，低膨脹性、耐腐蝕性、相穩(wěn)定性、塑性韌性這些性能之間相互制約，迄今已報道的材料沒有一種材料能同時實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種具有低溫塑性的耐腐蝕的低膨脹高熵合金及制備和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有超高溫防護(hù)材料領(lǐng)域技術(shù)上的問題或者其他潛在問題中的任意問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種具有低溫塑性的耐腐蝕的低膨脹高熵合金，所述具有低溫塑性的耐腐蝕的低膨脹高熵合金為五元合金，合金中的低膨脹現(xiàn)象大體取決于晶格振動產(chǎn)生的正膨脹和磁體積效應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)膨脹的疊加作用，合金為原位結(jié)構(gòu)的單相FCC奧氏體，且合金的表面有致密的氧化膜，且合金的熱膨脹系數(shù)在100-250K區(qū)間內(nèi)平均為：1×10^-6/K,在熱膨脹系數(shù)在100-350K區(qū)間內(nèi)平均為2×10^-6/K。

進(jìn)一步，所述具有低溫塑性的耐腐蝕的低膨脹高熵合金的化學(xué)通式為Fe-aCo-bCr-cNi-dMo其中，47.5at％≤a＜48.5at％、9.0at％≤b＜11.0at％、2.5at％≤c＜4.0at％、0.3at％≤d＜1.7at％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。

進(jìn)一步，所述具有低溫塑性的耐腐蝕的低膨脹高熵合金在室溫下，平均抗拉強度＞700MPa，平均規(guī)定塑性延伸強度＞400MPa，平均斷后延伸率大于45％；

在-70℃，平均抗拉強度＞800MPa，平均規(guī)定塑性延伸強度＞500MPa，平均斷后延伸率大于45％；

在-196℃，平均抗拉強度＞1250MPa，平均規(guī)定塑性延伸強度＞700MPa，平均斷后延伸率大于45％。

進(jìn)一步，所述具有低溫塑性的耐腐蝕的低膨脹高熵合金為單一面心立方結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)a＝b＝c,α＝β＝γ＝90°。

本發(fā)明的另一目的是提供一種上述的具有低溫塑性的耐腐蝕的低膨脹高熵合金的方法，所述方法包括以下步驟：