[发明专利]一种纳米超细晶高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米超细晶高熵合金及其制备方法，所述高熵合金为Al_xCoCrFeNi(x=0.1~0.45)，制备方法为：将真空熔炼的铸锭进行均匀化热处理，将上述热处理后的高熵合金铸锭进行50%压下量的冷轧预处理，冷轧后的样品再利用齿轮状的轧辊进行轧制，获得扭曲折皱的工件，折皱的工件再进行冷轧‑压直，这时工件获得第二次形变加工，工件在如此反复的加工下晶粒逐步细化获得高强高韧的纳米超细晶高熵合金。本发明提供的折皱‑冷轧的方法在几乎不改变试样的外观尺寸的同时可以实现无限变形量，大大提高强度，对于一些特殊要求的工件非常适用；且工艺简单易于实现，可广泛应用于高强度高硬度要求的工况条件。

技术领域

本发明涉及一种纳米超细晶高熵合金及其制备方法，属于金属材料纳米晶化处理领域。

背景技术

利用大塑性变形的方法制备纳米晶(超细晶)材料，一直都是金属材料研究的热点内容，纳米晶材料具备超高的强度、韧性，性能相比铸态组织有显著地增强。而制备纳米晶的方法，包括轧制、高压扭转、等通道挤压、沙漏挤压、折皱压直等一直是大塑性变形方向研究的主要内容。利用大塑性变形的方法制造纳米晶是材料研究的热点之一。

多组元合金又称高熵合金，是英国学者Cantor 最早研究开发的合金体系，我国台湾学者叶均蔚最早将多组元等摩尔比、高混合熵合金的简单固溶体合金定义为高熵合金。高熵合金由于多组元的混合熵效应和鸡尾酒效应，因而具有一系列优异的性能，如高强度、高硬度、高耐磨性能、优异的抗氧化性能和抗腐蚀性能等。

传统金属则是以一种或两种元素为主，通过微量元素合金化来调节合金性能，例如钢铁，镍基高温合金等。实际上，高熵固溶体合金的相形成位于合金相图的中间位置，有别于传统的端际固溶体合金，对物理学冶金而言是一个很好的补充。同时，增加了更多新合金的可能性，开辟了合金设计的新领域。

作为新型合金材料，高熵合金具有许多较传统合金材料优异的性能，应用领域越来越广，因此引起越来越多的工程技术人员的高度重视。铸态的面心立方的高熵合金屈服强度与抗拉强度相对较低，但是具有显著的加工硬化能力。在低堆垛层错能的AlxCoCrFeNi(x=0.1~0.45)高熵合金变形过程中除了位错强化、细晶强化之外，还有显著的形变孪生强化效应。通过大塑性变形的方法获得纳米晶(超细晶)的高熵合金，再通过时效热处理可以优化纳米晶(超细晶)高熵合金的强塑性。

到目前为止，对于高熵合金的研究，我国台湾地区处于国际领先水平，特别是台湾清华大学和台湾工研院。我国内地最早研究高熵合金的是北京科技大学张勇教授，他研究的课题主要为轻质高熵合金。张勇教授（ Y. Zhang, Y.J. Zhou, J.P. Lin, G.L. Chen,P.K. Liaw, Advanced Engineering Materials 10 (2008) 534-538.）和香港城市大学郭晟博士（S. Guo, C.T. Liu, Progress in Natural Science: Materials International21 (2011) 433-446.）分别从混合熵和价电子浓度的角度对高熵合金的相形成规律提出了预测。

目前制备纳米晶(超细晶)超细高熵合金的方法主要通过自由锻、冷轧和高压扭转的传统方法，自由锻冷轧和高压扭转的方法都是通过改变试样的外观尺寸实现塑性变形，而且冷轧往往容易产生形变织构，高压扭转则受实验设备的限制往往难实现。

综上所述，目前利用大塑性变形技术制备纳米晶(超细晶)高熵合金的研究报道还很少，而纳米晶(超细晶)高熵合金的研究与制备又十分必要。

发明内容

为了能够拓展高熵合金的应用领域，本发明提供了一种纳米超细晶高熵合金及其制备方法，首次采用折皱-冷轧的塑性变形方式制备纳米超细晶高熵合金。后续可以通过时效、再结晶的热处理方法协调纳米超细晶高熵合金的强塑性。