[发明专利]沉淀强化型高熵合金及其制备工艺

说明书

本发明公开了沉淀强化型高熵合金及其制备工艺，是以Fe、Co、Ni、Cr、Al、Ti和Nb金属块作为原料，通过真空感应熔炼、轧制及热处理工艺制备而成。本发明所得合金具有“球形Ni₃Al型金属间化合物在面心立方固溶体基体上共格析出”的特征组织，它利用纳米尺寸(Ni,Co)₃(Al,Ti,Nb)强化FeCoNiCr高熵合金基体，通过Ni₃Al型金属间化合物在基体上共格析出从而强化合金；本发明所得沉淀强化型高熵合金具有高强度、高塑性、微观组织结构可调等特点。

技术领域

本发明涉及沉淀强化型高熵合金及其制备工艺，属于高熵合金领域。

背景技术

高强度、高塑性的高性能材料对于提高工程可靠性和能源效率，以及减少材料生产过程中的二氧化碳排放是非常必要的。然而，由于强度和塑性之间存在着相互排斥的关系，因此，开发出能大幅度提高强度和塑性的先进材料具有很大的挑战性。单相合金通常具有良好的塑性，但强度相对较低。纳米孪晶和转变诱导马氏体的引入提高了合金的强度，然而，从这些方法获得的屈服强度仍然有限，制约了其应用范围。

最近十几年发展起来的高熵合金，采用多种元素作为主元素，突破了传统合金的设计理念。相比于传统合金，高熵合金具有高混合熵、大的晶格畸变、缓慢扩散和固溶强化等特点，拥有高硬度、高强度、耐腐蚀和热稳定性等优异性能，其多元素合金系统的设计原则为这些担忧提供了一条有效的途径。

在所有当前研究的高熵合金体系中，最为普遍受到研究者们兴趣的是具有稳定的单相面心立方结构高熵合金。面心立方结构高熵合金在室温均表现出高的塑性，而其强度相对来说比较低。例如，FCC结构的CoCrFeNiMn高熵合金，其抗拉强度仅为400MPa。在不降低塑性或降低程度较小的情况下，如何提高面心立方结构高熵合金的硬度和强度，对高熵合金的实际应用具有重要的现实意义。本发明通过合金成分的设计以及一系列热处理条件的选择，从而可控的在FCC型的高熵合金系统中实现多组分金属间化合物的强化，不仅能够充分发挥金属间化合物的强化作用，而且能够保持较高的塑性变形稳定性，从而获得了强度和塑性良好的组合，具有广阔的应用前景。

发明内容

针对目前FCC结构高熵合金普遍强度偏低的问题，本发明的目的在于提供沉淀强化型高熵合金及其制备工艺，所述高熵合金采用熔炼成型工艺、均匀化处理、冷轧、固溶处理以及时效处理制备而成，在FeCoNiCr高熵合金基体上析出了纳米尺寸的Ni₃Al型金属间化合物强化相，在不降低塑性或降低程度较小的情况下，在室温下显著提高了其屈服强度和拉伸强度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

沉淀强化型高熵合金，其特点在于：所述高熵合金的化学式记为Fe_aCo_bNi_cCr_dAl_eTi_mNb_n，其中a、b、c、d、e、m、n为相应元素的原子百分数，20≤a≤25、20≤b≤25、20≤c≤25、20≤d≤25、2≤e≤4，1≤m≤2、1≤n≤2，且a+b+c+d+e+m+n＝100、e/(m+n)＝1～2。

进一步地，a、b、c、d、e、m和n的取值优选为：22≤a≤24、22≤b≤24、22≤c≤24、22≤d≤24、2.5≤e≤3.5，1≤m≤1.5、1≤n≤1.5。

本发明所述沉淀强化型高熵合金的制备工艺，包括如下步骤：

步骤1、以Fe、Co、Ni、Cr、Al、Ti和Nb金属块作为原料，在真空感应熔炼炉中加热至1700℃～1750℃并保温20～25分钟，然后倾铸在钢模中进行冷却，得到高熵合金铸锭；

步骤2、将所述高熵合金铸锭置于加热炉中进行均匀化处理；然后对均匀化后的高熵合金进行冷加工处理；最后将冷加工后的高熵合金置于加热炉中进行固溶处理和时效处理，即获得沉淀强化型高熵合金。