[发明专利]一种高强高韧CoFeNiTiV高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强高韧CoFeNiTiV高熵合金及其制备方法，包括如下原子百分比的金属单质：Co 18％～22％、Fe 18％～22％、Ni 18％～22％、Ti 18％～22％、V 22～26％；采用真空电弧熔炼法制备，所制得的CoFeNiTiV高熵合金具有BCC单相固溶体结构，屈服强度达到2430MPa以上，断裂伸长率达到18％以上，具有高强高韧性。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体涉及一种高强高韧CoFeNiTiV高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金(high-entropy alloys,HEA)通常由5种或5种以上的金属作为主要元素，没元素的摩尔分数为5％～35％，具有简单的固溶体相结构。由于高熵合金具有热力学上的高熵效应、结构上的大晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应以及性能上的鸡尾酒效应等特征，使得高熵合金在微观结构上呈现出简单的FCC或BCC晶体结构的固溶体相。促使形成这种组织结构的因素是多基元合金所具有的高混合熵。同时合金组元之间的混合焓绝对值不能太高，以避免形成金属间化合物或者形成分离的多项共存组织。性能上表现为高强度、高硬度、耐高温、抗氧化等，高熵合金的综合性能显著超过了传统的单元金属材料或常规合金，高熵合金拓宽了材料的应用领域。

高熵合金主要采用真空电弧熔炼工艺，在真空下，利用电极和坩埚两极之间的电弧放电产生的高温作为热源，快速加热熔化高纯金属原材料，然后再采用水冷铜模对熔体进行快速冷却，使其在坩埚内凝固成铸锭。电弧熔炼的温度较高，可以熔炼熔点较高的合金，并且对一会发杂质和某些气体的去除有良好的效果。但是所制备的合金容易出现枝晶偏析及成分不均匀现象，而且晶粒粗大，产生塑性偏低的问题。

迄今为止，已报道了大量各种成分的高熵合金，超过50％的合金包含以下五个高频元素组：AlCrFeNi，CoCrFeNi，AlCoFeNi，AlCoCrNi和AlCoCrFe，这说明高熵合金领域的研究还处于起步阶段。在已经报道的合金体系中，只有在少数几种合金中观察到了真正的单相固溶体结构，包括Co-Fe-Ni-Ti-Al，Co-Fe-Ni-Ti-Cr和Co-Fe-Ni-Ti-Cu。

研究显示元素组成是合金设计中的关键因素，通过调整合金元素的组成会显著改变合金成分进而影响其力学性能，多元高熵合金即使调整一个元素都会造成相结构与性能的巨大差异，具有不可预测性。而如何调整合金成分来改善高熵合金的强度和韧性矛盾的问题成为高熵合金领域急需解决的技术问题之一。

发明内容

为了改善高熵合金的强度和韧性矛盾的技术问题，而提供一种高强高韧CoFeNiTiV高熵合金及其制备方法。本发明方法制得的CoFeNiTiV高熵合金具有优异的强度和塑性，对CoFeNiTiV系列合金的工程化应用起到重要的推动作用。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种高强高韧CoFeNiTiV高熵合金，包括如下原子百分比的金属单质：Co 18％～22％、Fe 18％～22％、Ni 18％～22％、Ti 18％～22％、V 22～26％。

进一步地，所述高强高韧CoFeNiTiV高熵合金，包括如下原子百分比的金属单质：Co 20％、Fe 19％、Ni 20％、Ti 20％、V 21％。

进一步地，所述高强高韧CoFeNiTiV高熵合金，包括如下原子百分比的金属单质：Co 21％、Fe 18％、Ni 18％、Ti 20％、V 23％。

进一步地，所述高强高韧CoFeNiTiV高熵合金，包括如下原子百分比的金属单质：Co 19％、Fe 19％、Ni 18％、Ti 20％、V 24％。

进一步地，所述金属单质的纯度为99.9wt％。

本发明另一方面提供一种上述高强高韧CoFeNiTiV高熵合金的制备方法，包括如下步骤：