[发明专利]一种高强韧耐腐蚀的富Ni多组分合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强韧耐腐蚀的富Ni多组分合金材料，包括以下组分按原子百分比组成，Ni 25～45％，Cr 5～25％，Fe 5～25％，Co 5～20％，Ti 0.1～3.50％，Al 0.1～3.50％，Cu 0.01～4.50％，Si 0.1～3.50％；且Ni、Cr、Fe、Co的原子百分含量之和≥85％；Ti、Al、Cu的原子百分含量之和≤15％；各组分原子百分之和为100％。其制备方法是按设计的合金成分配取各组分，在真空或惰性气体保护条件下熔炼、保温后浇注，得合金铸坯；铸坯经热轧、均匀化、冷轧、退火处理后，得富Ni多组分合金块体材料。本发明制备的富Ni多组分合金具有面心立方结构为基体的组织特征，表现出较高的强度与塑性，同时具有优异的抗腐蚀性能。该类富Ni多组分合金可应用于在腐蚀环境中服役的结构部件中，解决了现有大量多组分合金强度较低和耐蚀性不佳等问题。

技术领域

本发明涉及一种高强韧耐腐蚀的富Ni多组分合金材料及其制备方法，属于金属材料技术领域。

背景技术

耐腐蚀结构材料广泛应用于石油、化工、国防等诸多工业部门的关键装备中。这些关键工程装备材料不仅需具备优越的抗腐蚀性能，同时也需具有良好的力学性能，例如较好的强度与塑性搭配等。现代工业发展对这些工程结构材料的性能要求越来越高，不仅要求相应结构材料的耐腐蚀性能更加优越，而且强度与塑性也需更高，从而提高能源利用效率和确保工程部件在更严苛服役环境下的安全性等。

目前，耐腐蚀工程结构部件所用材料主要为不同类型的不锈钢，例如304和316不锈钢等，它们在较弱的腐蚀性环境下能有效地抗全面腐蚀、点蚀和应力腐蚀开裂等，而且塑性也较好(拉伸延伸率可大于30％)。但传统不锈钢的强度较低，屈服强度一般在200MPa以下，抗拉强度一般在550MPa以下；而且在较强的腐蚀环境下也较易发生局部腐蚀，在较高应力下有应力腐蚀开裂的风险。

作为新型的合金系列，高熵合金(High-entropy alloys)和多组分合金(Multi-component alloys)近年来被广泛研究，这些类型的合金中至少有四个或五个组元的原子分数超过5％。这种合金元素多且其浓度高的特点常常使得合金具备优良的综合性能。例如，等原子比的Co₂₀Cr₂₀Fe₂₀Mn₂₀Ni₂₀高熵合金具有优越的断裂韧性、较好塑性等；其在液氮温度下的断裂韧性值比不锈钢要优越，几乎是之前发现的所有结构材料中最高的。然而，Co₂₀Cr₂₀Fe₂₀Mn₂₀Ni₂₀等多种塑性较好的高熵合金(或多组分合金)对应的抗腐蚀性能不佳，其在硫酸溶液中的抗腐蚀性能相比304不锈钢差很多。而且，其室温屈服强度较低，一般在350MPa以下[引用材料学报：F.Otto,A.,Ch.Somsen,H.Bei,G.Eggeler,E.P.George,Acta Materialia 61(2013)5743-5755]。因此，寻求具有更优耐腐蚀性能、更高强度和塑性的金属结构材料依然是极端条件下服役的工程装备中需要解决的关键材料技术之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种耐腐蚀且强度较高的富Ni多组分合金材料及制备方法，解决现有大量多组分合金耐蚀性不佳、强度不足的技术问题。

本发明一种高强韧耐腐蚀的富Ni多组分合金材料，包括以下组分按原子百分比组成，

且Ni、Cr、Fe、Co的原子百分含量之和≥85％；Ti、Al、Cu的原子百分含量之和≤15％；各组分原子百分之和为100％。

本发明一种高强韧耐腐蚀的富Ni多组分合金材料，包括以下组分按原子百分比组成，