[发明专利]一种含氮高熵合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于合金领域，尤其涉及一种含氮高熵合金复合材料及其制备方法。所述含氮高熵合金复合材料中具有一层粗晶一层细晶交替分布的混晶组织。所述制备方法包括：步骤一，制备含氮的高熵预合金粉；所述含氮的高熵预合金粉中，金属元素选自Fe、Co、Cr、Ni、Mn中的至少三种；步骤二，采用选区激光熔化技术对步骤一所得含氮的高熵预合金粉进行成形处理；得到含氮高熵合金。本发明制备工艺简单、可控；所产品中组织细小均一、在坯件内部氮元素分布均匀、整体氮元素分布也较均匀、机械性能良好、耐腐蚀性良好；这为实现含氮高熵合金工程应用提供了必要条件。

技术领域

本发明属于合金领域，尤其涉及一种含氮高熵合金复合材料及其制备方法。

背景技术

高熵合金是指至少四元及以上的过渡族合金元素以等摩尔或者接近等摩尔比例组合在一起的合金。尽管高熵合金的组成比较复杂，但可以形成单相的过饱和固溶体。高熵合金具有良好的机械性能、耐腐蚀性能和抗氧化性能。

向高熵合金中添加间隙元素，是一种强化高熵合金的好方法。目前，许多工作已经证明向高熵合金引入碳元素能够显著提高它的机械性能。例如，向Fe_40.4Ni_11.3Mn_34.8Al_7.5Cr₆中加入碳元素能够提高材料的抗拉强度；向FeCoCrNiMn中加入微量的碳元素能够同时提高材料的强度和塑性，这主要是因为随着碳元素的加入，塑性变形机制由位错滑移主导转变为位错滑移外加孪晶变形共同主导；在FeCoCrNiMn添加碳元素还能够提高材料的强度，这主要是因为固溶强化以及材料内形成硬质碳化物。

氮元素作为另一种重要的间隙元素，在奥氏体不锈钢、双相不锈钢等钢种中加入，可以显著提高钢的力学性能、耐蚀性能、焊接性能等。然而，氮元素强化高熵合金却鲜有报道。另外，由于高熵合金本身具有良好的耐腐蚀性能。引入氮元素可能进一步提高材料的耐腐蚀性能。

目前，高熵合金主要采用真空电弧熔炼等方法制备。然而熔炼本身冷却速度较低，含氮高熵合金内较粗大的硬质氮化物容易在晶界处偏析，损伤材料的力学性能。另外，由于熔炼的冷却速度较低，氮元素固溶到材料内的含量较低，很难达到理想的强化效果。而且熔铸不易成形复杂结构的零件，不利于高熵合金一些实际应用需求。同时，现有技术中也有一些制备含氮高熵合金涂层的技术，其主要是制成高熵合金涂层后，在涂层上进行渗氮。但涂层渗氮是很难得到组织均一的产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种含氮高熵合金复合材料及其制备方法。

本发明一种含氮高熵合金复合材料；所述含氮高熵合金复合材料中具有一层粗晶一层细晶交替分布的混晶组织。所述含氮的高熵合金中，金属元素选自Fe、Co、Cr、Ni、Mn中的至少三种。

本发明一种含氮高熵合金复合材料；任意一层粗晶的厚度为80-150微米；任意一层细晶的厚度为15-35微米、优先为20-30微米。该组织的形成提高了材料在受力变形过程中，产生背应力，延迟了微裂纹的萌生。在本发明中，细晶是指粒径小于等于35微米的晶粒，粗晶是指粒径大于等80微米的晶粒、优选为80-110微米的晶粒。

本发明一种含氮高熵合金复合材料；所述含氮的高熵预合金中氮原子的摩尔百分含量不高于10％。优选为1-5％、进一步优选为2-4％。

本发明一种含氮高熵合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一

制备含氮的高熵预合金粉；所述含氮的高熵预合金粉中，金属元素选自Fe、Co、Cr、Ni、Mn中的至少三种；

步骤二

采用选区激光熔化技术对步骤一所得含氮的高熵预合金粉进行成形处理；得到含氮高熵合金。