[发明专利]一种超细晶高熵合金的制备方法

说明书

本发明属于金属材料及加工技术领域，涉及一种超细晶高熵合金的制备方法，首先熔炼将FeCoCrNiMn系高熵合金，配料为纯度高于99.5％纯金属或合金元素组成的中间合金，采用真空炉熔炼，炉浇铸温度1550℃～1600℃；然后铸锭在1000～1350℃进行均匀化热处理后，进行强变形异步与同步混合冷轧制处理，采用单道次大压下量连续轧制，总轧制量不低于85％，实现合金组织结构纳米化；轧制后的合金在450～800℃下进行退火处理，获得超细晶结构高熵合金。与现有技术相比，本发明具有工艺简单，容易在轧制板材产线上实现，生产效率高，成本低。制备的细晶高熵合金尺寸大，综合力学性能优异，可用工程机械、航空航天、军工、电子、仪表仪器等领域。

技术领域

本发明属于金属材料及加工技术领域，具体涉及一种超细晶高熵合金的制备方法。

背景技术

高熵合金作为一种新的合金设计思路，受到国内外研究者广泛关注。传统合金设计思路大多以一种或两种合金元素为基体，添加少量的其他合金元素改善其组织和性能。高熵合金的设计思路打破了传统以单一元素作为主元的合金设计理念，以等摩尔或非等摩尔比，多种合金元素为基体，不区分溶质和溶剂原子。近年来，研究者已经设计了多种高熵合金体系，为新型合金的开发与应用提供了广阔的空间。高熵合金具有良好的组织稳定性并表现出许多优异的机械性能，如优异的低温性能、抗氧化、耐蚀、抗辐照等性能。高熵合金作为新型的合金材料，在航空航天、电子、仪器仪表等领域具有广泛的应用前景。然而大部分高熵合金表现出低强度高韧性，比如研究最为广泛的FeCoCrNiMn高熵合金具有单相面心立方结构，其室温屈服强度大约300MPa，抗拉强度大约500MPa，作为结构材料来使用强度太低。细化晶粒能有效提高材料的强度，后期采取合适热处理工艺能获得高强度高韧性的材料。CN201410545199.6公开了一种采用粉末冶金方法制备出高强韧超细晶高熵合金，该方法成本较高，不易制备大尺寸材料。在高熵合金领域，已有研究者采用传统的强烈塑性变形(SPD)技术，如高压扭转(HPT)和等通道挤压(ECAP)等方法细化晶粒，获得超细晶或者纳米晶高强度高熵合金，然后传统的SPD方法对制备模具要求严格，并且只能制备相对小尺寸的材料，成本极高，很难实现大规模工业化生产与应用。轧制一种最有效和简单易行生产大尺寸块体材料和实现规模化生产的技术。轧制变形工艺，尤其是采用强变形的异步轧制或者同步和异步相结合的工艺可以成功制备较大尺寸的材料，能有效细化材料的组织从而显著提升合金的强度。采用大变形轧制工艺及热处理工艺相结合的之别技术生产与制备高强度高韧性的细晶高熵合金材料，对高熵合金在实际生产中的应用具有重要指导和实际意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高强度高韧性的超细晶高熵合金的制备方法。

本发明采用强变形轧制和热处理工艺技术制备超细晶高熵合金的方法，制备出了具有高强度高韧性的细晶FeCoCrNiMn系高熵合金解决了高熵合金，尤其是解决了FeCoCrNiMn系高熵合金相对强度低，以及在获得合金组织超细化后，传统SPD制备技术难以实现了大尺寸产品的生产与应用等技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种超细晶高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(5)合金熔炼：按照FeCoCrNiMn系高熵合金的化学成分的原子百含量为：Co 10～20％、Cr 10～20％、Ni 10～20％、Mn 10～20％，Al≤5.0％、Cu≤5.0％，其余为Fe以及其它不可避免的杂质；采用纯度高于99.5％纯金属或者上述合金元素组成的中间合金，按照上述成分进行配料后装炉，真空炉熔炼，炉前检测并调整成分至要求后，浇铸成铸锭，浇铸温度1550℃～1600℃；

(6)均匀化热处理：铸锭在1000～1350℃，保温时间不小于1h，冷却方式为空冷或水冷，消除铸造合金粗大枝晶和成分偏析；

(7)强变形轧制：经步骤(2)处理后的合金进行单道次大压下量连续轧制，总轧制量不低于85％，通过大变形冷轧后的合金实现组织结构纳米化；