[发明专利]一种高强韧CrMnFeNi双相高熵合金及其制备方法

说明书

一种高强韧CrMnFeNi双相高熵合金及其制备方法，属于高熵合金领域。其成分原子百分比为Cr_aMn_bFe_cNi_d，28≤a≤34，22≤b≤24，22≤c≤24，22≤d≤24，a+b+c+d＝100。制备工艺为：原料金属Cr、Fe、Ni和Mn去氧化皮后按原子百分比称量，在真空感应炉里进行熔炼和真空保护浇铸；将制备的高熵合金铸锭在高温热处理炉中均匀化处理后进行热锻处理，空冷；随后将其放入高温热处理炉中进行回复再结晶退火，水冷，即可获得高熵合金材料。本发明通过成分调控、均匀化、热锻和再结晶处理，确保合金为均匀的双相组织，使得合金具有高强度(屈服强度超过490MPa，抗拉强度超过760MPa)，良好的强塑性匹配，解决了现有单相CrMnFeNi高熵合金屈服强度低的问题，制备方法简单可靠，安全性好，适合工业化生产，经济价值高。

技术领域

本发明涉及高熵合金及其制备领域，提供了一种高强韧CrMnFeNi双相高熵合金及其 制备方法。

背景技术

高熵合金(HEA)是由叶均蔚等人在2004年提出的由摩尔数近似或相等的五个以及更多主要元素组成的一类合金，随着其不断发展，目前已经扩展到三元、四元或非等摩尔比的元素组合。这种独特新颖的合金设计理念赋予高熵合金一些不同于传统合金的特性，如高 熵效应、晶格畸变效应、缓慢扩散效应和“鸡尾酒”效应。独特的合金特性赋予其优异的性能， 如高强度高硬度、高耐磨性、优良的抗氧化能力、优异的抗腐蚀性能及耐高温软化性能。高 熵合金的结构特点和优异性能使得其在结构材料和功能材料领域表现出巨大的应用潜力和市 场。

由于很多HEA其优异的综合性能，这些合金可能成为先进的核反应堆和发电厂的重 要结构材料。Wu和Kiran Kumar在研究无Co低活化Cr₁₈MnFeNi(at.％)高熵合金时发现其具 有优异的抗辐照能力，有作为下一代先进核反应堆和发电厂结构材料的巨大潜力。Elbakhshwan等人将Cr₁₈MnFeNi(at.％)合金暴露在700℃的高温FLiBe熔盐中，合金Mn损失保护了Cr的溶解，增加了其稳定性。

目前已报道的单相Cr₁₈MnFeNi(at.％)高熵合金虽然具有良好的抗辐照能力、较好的 耐熔盐腐蚀性和高温稳定性，但其强度偏低，尤其是屈服强度很低(屈服强度≤265MPa，抗 拉强度≤630MPa)，作为潜在的结构材料，提高其强度尤其是屈服强度是亟需解决的问题，本 发明创新地在不改变合金组成元素，通过添加足够量Cr元素和合理的热加工工艺来确保合金 为均匀的双相组织，进而强化合金的机械性能，效果显著。

发明内容

本发明的目的是针对现有抗辐照性能良好的单相CrMnFeNi高熵合金屈服强度较低 等问题，提供了一种高强韧Cr-Mn-Fe-Ni四组元双相高熵合金，本发明通过调整Cr元素比例 和合理的热加工工艺，使合金产生均匀的双相组织，使合金具有良好的强塑性，以满足核工 业中设备对材料使用性能的要求。

本发明的高强韧双相高熵合金体系为Cr_aMn_bFe_cNi_d，所采用的组元元素均为常见金属 元素，易获得。该高强韧双相高熵合金的成分为Cr_aMn_bFe_cNi_d，其中a、b、c和d为原子百分比，28≤a≤34，22≤b≤24，22≤c≤24，22≤d≤24，a+b+c+d＝100。

进一步地，所述高熵合金含有足够量的Cr元素，确保高熵合金为双相组织，其原子百分 比成分为Cr_aMn_bFe_cNi_d，28≤a≤34，b＝c＝d＝(100-a)/3。

作为本发明所采用的技术方案是：所述高熵合金体系的制备原料为纯度均高于99wt％块状金属单质Cr、Mn、Fe和Ni。