[发明专利]一种原位自生成碳化物弥散增强多主元合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种原位自生碳化物弥散增强的多主元合金及其制备方法，其由基体相和增强相组成，基体相结构为单一的面心立方结构，其分子式为Cr_xMn_yFe_zCo_aNi_b,其中18<x≤22、18<y≤22、18<z≤22、18<a≤22、18<b≤22，且x+y+z+a+b＝100，增强相是原位自生成的复杂碳化物，其制备方法如下：1)按比例将五种单质粉末混合球磨均匀后加入乙醇进行湿磨，干燥后得到多主元合金粉末；2)将多主元合金粉末进行放电等离子烧结制备原位自生碳化物弥散增强的多主元合金。该多主元合金致密度高、组织均匀、其强度可达2390MPa，延展率可达47％。

技术领域

本发明涉及一种原位自生成碳化物弥散增强多主元合金及其制备方法，属于金属材料及其制备技术领域。

背景技术

传统意义上的合金通常是由一种或两种金属元素为基体，通过添加一种或几种少量的其他元素来调节合金的显微组织，以达到某种特定的性能要求。上世纪九十年代，台湾学者叶均蔚率先打破了传统合金的设计理念，提出了多主元合金。这类合金是指由五种或五种以上的元素按等摩尔比例或近等摩尔比例经过熔炼、烧结、激光熔覆以及化学沉积等方法形成稳定的单相固溶体或者纳米相，甚至是非晶的一类合金。多主元合金极大地丰富了合金体系，并且在多种元素的基础上，可以通过改变其固有的组成元素或添加其他元素来调节合金的微观组织从而获得期望的性能。由于具有典型的四大特征：高熵效应、晶格畸变效应、点阵畸变效应、鸡尾酒效应，多主元合金表现出优异的力学性能，如高强度，高韧性，良好的热稳定性，耐腐蚀，抗氧化记忆优异的磁性能等。

多主元合金的设计准则是以五种或五种以上的元素以等原子比或接近等原子比的形式构成。目前被研究最广泛的单相FCC结构的多主元合金体系为CrMnFeCoNi系，研究者多以真空电弧熔炼的方法制备该体系多主元合金。真空电弧熔炼的方法可以生产大尺寸、大吨位的金属锭，并且熔炼温度较高，可以熔炼熔点较高的合金，对于较易挥发的杂质和某些气体的去除也具有良好的效果。但也存在一系列难以克服的缺点，由于铸锭为柱状晶，从底部到上部的晶粒是不一样的，上部相比下部的晶粒较大，另外熔铸涉及到液相到固相的转化，因此不可避免地会产生偏析等成分不均匀的现象，从而影响合金的组织和性能，并且铸态的多主元合金大多数脆性较大，这就限制了合金的进一步大规模应用。粉末冶金法是利用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)为原料，经过成形与烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。与普通熔炼法相比，粉末冶金法可显著避免成分偏析，保证合金具有均匀的组织和稳定的性能，也可生产一些难熔的金属材料或制品。此外，机械合金化和烧结相结合的方法能够充分扩展各主元间的固溶度；用合金元素粉末作为原料，可以方便快捷地制备出均匀的纳米晶多主元合金粉末；经过后续的烧结，便可得到显微组织细小、微观结构稳定的多主元合金块体。

发明内容

技术问题：本发明的第一目的在于提供一种原位自生成碳化物弥散增强多主元合金，该多主元合金由单一的面心立方结构的基体相和少量原位自生的复杂碳化物作为增强相组成，其具有致密度高、组织均匀等优点，其强度可达2390MPa，延展率可达47％。

本发明的第二目的在于提供一种原位自生成碳化物弥散增强多主元合金的制备方法，该方法克服现有技术中真空电弧熔炼制备铸态多主元合金的孔洞、成分偏析等不足，提供一种制备晶粒细小的多主元合金的方法。

技术方案：本发明提供了一种原位自生碳化物弥散增强的多主元合金，所述的多主元合金由基体相和增强相组成，其基体相结构为单一的面心立方结构，其分子式为Cr_xMn_yFe_zCo_aNi_b,其中18<x≤22、18<y≤22、18<z≤22、18<a≤22、18<b≤22，且x+y+z+a+b＝100，其增强相是原位自生成的复杂碳化物。

其中：