[发明专利]一种高强度高塑性中熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度高塑性中熵合金及其制备方法，该合金包括如下成分及其质量百分比：Cu：45‑58％、Mn：22‑30％、Ni：10‑15％、Al：3‑8％、Y：0.5‑2％；制备步骤如下：(A)前处理；(B)炼制合金：B1、抽真空；B2、熔炼；B3、精炼；B4、冷却；B5、浇注；(C)压铸。制备出的中熵合金同时兼顾高屈服强度和高延伸率，并适合真空压铸成型。

技术领域

本发明涉及一种高强度高塑性中熵合金及其制备方法，属于金属材料制备领域。

背景技术

压力铸造是一种净成型制造工艺，具有生产效率高、经济指标优良、尺寸精度高和互换性好等特点，在轿车、摩托车、内燃机、电子通信、仪器仪表、家用电器和五金行业等制造业得到了广泛应用和迅速发展。

目前，常用的压铸合金材料主要有铝合金、锌合金、镁合金、铅合金以及铜合金等，这些材料熔化温度适中，原材料丰富，在制造行业曾经或正在广泛使用。随着技术的进步，人们对材料机械性能特别是屈服强度的要求越来越高，前述这些常用压铸材料鲜有超过600Mpa，限制了其进一步升级应用；室温下屈服强度大于600MPa的工程结构材料如高强钢、高温合金等，其熔化温度较高，不适于采用压铸工艺。

比如：中国专利一种高强度合金及其制备方法(CN 105525134B)提供的合金成分如下(以重量百分比计)：Mn 28-38％，Al 4-10％，Cu 52-63％，Ni 5-20％。该合金不仅强度高，成本低，而且具有优异的耐腐蚀性，同时具有良好的铸造性能，铸造过程不易产生裂纹，机械强度高，韧性好，耐腐蚀性好。但是，上述发明具有以下缺点：1、屈服强度较低，最高屈服强度仅为720Mpa；2、没有同时兼顾屈服强度和延伸率，提高屈服强度是以牺牲延伸率为代价的；实施案例中，屈服强度650Mpa以上的配方，其延伸率在0.8-2.5％，不能保证同时具有高强度和高塑性，具有低延伸率的高强结构件在用作结构材料时具有较大的安全隐患，在没有明显塑性变形的情况下，结构件会突然断裂。

可见，高性能材料是人类社会进步和发展的重要物质基础，以单一元素为主的传统合金设计理念经过几千年的发展，越来越受到限制，已经不能满足人们对高性能材料的持续需求。新世纪初，以“熵”概念设计的高熵合金(HEAs)和中熵合金(MEAs)打破了传统的合计材料设计理念，在材料性能上取得了突破，由于高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应的综合作用，HEAs/MEAs易于形成单一固溶体结构，并具有良好的延性、极好的疲劳性、较高的耐磨性和耐腐蚀性等，因此引起了学术界和工业界的广泛关注。

比如：英文文献High entropy brasses and bronzes–Microstructure,phaseevolution and properties(Journal of Alloys and Compounds,volume 650,25November2015,Pages 949-961)揭示一种Cu-Mn-Ni-Al(Zn、Sn)中熵合金体系，该合金具有一定的屈服强度和可观的压缩塑性，但是该合金具有以下缺点：1、屈服强度相对于传统压铸铝合金、镁合金有所提高，但提高幅度不显著；2.该合金体系含有较高的镍，而在我国镍是一种战略资源，储量相对不高，因此该类型的合金在后续推广过程中存在一定的不利因素。

综上，如何制备出一种具有高屈服强度，同时具有高延伸率的中熵合金将是科技研究的发展方向。

发明内容

高熵合金为由5种或更多种元素组成的合金，目前研究人员拓展了高熵合金的概念范围，现在也包括由3种或4种元素组成的合金。针对上述现存的技术问题，本发明采用高熵合金的设计理念，从成分到工艺，提供一种高强度高塑性中熵合金及其制备方法，使得该合金同时兼顾高屈服强度和高延伸率，并适合真空压铸成型。

为实现上述目的，本发明高强度高塑性合金，包括如下成分及其质量百分比：