[发明专利]一种高强度高塑性的多主元梯度合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度高塑性的多主元梯度合金及其制备方法，由以下步骤组成：以金属颗粒为配料，采用真空电弧熔炼法，制备出合金铸锭；将合金铸锭进行热扎处理后得到合金板材，热轧处理中温度为1100℃；将合金板材滑动摩擦处理后得到梯度合金板材；将梯度合金板材经过热处理后得到梯度合金；热处理的处理时间为10分钟，温度为500℃，保护气体为氩气；利用本申请制备出的梯度合金具有高强度和高塑性的优点；本申请选择滑动摩擦的方法，其工艺比传统方法更简单，更便于操作，且耗时短，可以制备大块板材；本申请制备出的梯度合金是梯度纳米结构，本发明采用短程热处理梯度合金板材会先析出一种强化相，提升CoCrNi合金的强度。

【技术领域】

本发明属于合金材料领域，尤其涉及一种高强度高塑性的多主元梯度合金及其制备方法。

【背景技术】

传统合金材料是根据需要将一种或几种材料加入另一基体形成的合金材料，从而获得目标性的合金。随着科学技术的发展，对合金的性能要求越来越高，传统的合金已无法满足日益增长的性能需求，传统合金的相关研究与发展已经趋于饱和。高熵合金是由五种或五种以上组元以等原子比或者接近等原子比混合而成成的单相固溶体。高熵合金具有高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀、高温力学性能好等优异性能。

过去几十年的广泛研究表明，与粗粒金属/合金相比，纳米结构和超细晶粒金属/合金具有显著的物理和机械性能，特别是在强度和硬度方面。然而纳米结构和超细颗粒的优异机械性能是以牺牲其塑性为代价的。通过表面纳米化处理可以在有强度提高的同时塑性下降较少，表面纳米化即只在材料表面进行变形量较小的塑性变形，材料表面发生塑性变形，材料内部不受变形的影响仍然是粗晶组织。常用的表面纳米化方法有表面机械磨损处理、高能喷丸、超声喷丸以及超声表面处理等方法。这些表面纳米化方法处理的表面通常表层表面质量较差，性能不稳定，阻碍了工业的广泛应用。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种高强度高塑性的多主元梯度合金及其制备方法，以解决传统合金高强度和高塑性不能共存的问题。

本发明采用以下技术方案：一种高强度高塑性的多主元梯度合金的制备方法，由以下步骤组成：

以金属颗粒为配料，采用真空电弧熔炼法，制备出合金铸锭；

将合金铸锭进行热扎处理后得到合金板材，热轧处理中温度为1100℃；

将合金板材滑动摩擦处理后得到梯度合金板材；

将梯度合金板材经过热处理后得到梯度合金；

热处理的处理时间为10分钟，温度为500℃，保护气体为氩气。

进一步地，金属颗粒为钴、铬和镍的混合物，且其混合物中钴、铬和镍的比例为1:1:1。

进一步地，金属颗粒为铁、锰、钴和铬的混合物，混合物中铁、锰、钴和铬的比例为40:40:10:10。

进一步地，滑动摩擦处理的滑动摩擦范围为60mm×180mm，循环次数为100次，滑动压力为500N，滑动速度为Vx＝0.2m/s，每次滑动平移距离为0.1mm。

进一步地，真空电弧熔炼的工艺条件中熔炼次数为5次，保护气体为氩气。

进一步地，合金板材厚度为2-6mm。

进一步地，采用的金属颗粒为钴、铬和镍，由以下步骤组成：

制备合金板材，将纯度为99.99wt％的金属颗粒以等原子比配料，即钴、铬和镍的配比为1:1:1，用真空电弧熔炼法，真空电弧熔炼的工艺条件中熔炼次数为5次，保护气体为氩气，制备出CoCrNi合金铸锭；

热轧处理，将合金铸锭进行热扎处理后得到合金板材，板材厚度为2mm，热轧处理中温度为1100℃，制备得出的CoCrNi梯度合金板材的强度为250MPa，塑性为88％；