[发明专利]一种具有优异强度塑性匹配的NiCoCr基中熵合金及制备方法

说明书

本发明提供一种具有优异强度塑性匹配的NiCoCr基中熵合金及制备方法，利用Al和Ta元素进行微合金化处理，该合金经过简单的变形热处理工艺后便可获得优异的强度‑塑性结合；本发明通过Al/Ta元素合金化，不仅使晶粒尺寸降低、孪晶含量提高，而且产生显著的固溶强化效果，使晶格摩擦力大幅度提升，但是合金依然保持fcc基体，从而使合金强度提升的同时依然具有良好的韧性。本发明合金具有优良的室温力学性能，将NiCoCr中熵合金屈服强度提升了106％至约635MPa，抗拉强度提升了35％至约1000MPa，同时兼具有52％的拉伸延性。基于上述特性，使得本发明合金在单相fcc的高/中熵合金中具有很大的竞争优势，并且极具工程应用前景。

技术领域

本发明涉及高性能合金材料技术领域，具体为一种具有优异强度塑性匹配的NiCoCr基中熵合金及制备方法。

背景技术

对于传统金属材料而言，设计具有优异-强度匹配的合金极具挑战，而高/中熵合金(HEAs/MEAs)的出现为实现这一目标提供了无限可能，HEAs于2004年首次被报道，它是近年来涌现出的一种具有广阔应用潜力的新型高性能金属材料，HEAs打破了传统合金单一主元的设计理念，为合金设计开创了新思路。而且由于其高混合熵效应、严重晶格畸变效应、迟滞扩散效应和“鸡尾酒”效应，使其具有独特的微观结构特征，因而呈现出诸多不同于传统合金的独特性能，比如良好的综合力学性能、超高损伤容限、优异的耐腐蚀性能和出色的耐辐照等。

在目前众多的HEAs体系中，研究最为广泛的是面心结构的HEAs/MEAs(fcc-HEAs/MEAs)，而其中等原子比NiCoCr中熵合金是典型代表，研究表明NiCoCr中熵合金具有非常低的堆垛层错能、原子尺度的短程有序结构、高晶格摩擦力和高孪晶形成能力。而且在室温和低温下会呈现出多阶段的变形机制特征，包括位错面滑移、孪生和相变。另外，低层错能使粗晶NiCoCr合金具有高孪晶形成能力，孪晶界不仅可以细化晶粒，而且阻碍位错运动并且提高了位错的存储能力，从而导致较高的应变强化能力。然而，粗晶NiCoCr中熵合金与fcc纯金属类似，虽然有较高的延性但屈服强度有限，难以满足结构材料应用的需求，因此，如何提高粗晶NiCoCr的屈服强度同时保持良好的塑性是当前亟需解决的关键问题。

发明内容

针对NiCoCr中熵合金提高屈服强度的同时保持良好的塑性的问题，本发明提供一种具有优异强度塑性匹配的NiCoCr基中熵合金及制备方法，对等原子比NiCoCr合金进行Al/Ta元素合金化，经过简单的室温冷轧和退火处理，有效细化晶粒并且获得高密度的退火孪晶，同时产生强烈的固溶强化，实现了合金强-塑性的良好匹配。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种具有优异强度塑性匹配的NiCoCr基中熵合金，按原子百分比计，包括29～33％的Ni，29～33％的Co，29～33％的Cr，4～8％的Al以及1.0～3.0％的Ta。

优选的，所述Ni、Co、Cr、Al和Ta的颗粒纯度不低于99.95％。

优选的，所述NiCoCr基中熵合金为单相fcc结构。

优选的，所述单相fcc组织中，等轴晶粒尺寸为8±2μm，退火孪晶体积分数为42-48％。

优选的，所述NiCoCr基中熵合金的抗拉强度大于950MPa，屈服强度大于600MPa，断裂延伸率大于50％。

一种具有优异强度塑性匹配的NiCoCr基中熵合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、按原子百分比计，将29～33％的Ni，29～33％的Co，29～33％的Cr，4～8％的Al以及1.0～3.0％的Ta进行混合，通过真空电弧熔炼形成成分均匀的铸锭；

步骤2、在温度为1150～1250℃下进行均匀化处理；

步骤3、室温冷轧，变形量控制在50-80％；