[发明专利]一种新型制备双相超细晶高熵合金的方法

说明书

高熵合金虽然成分复杂，但相组成却很简单，通常是单相，已报道的高熵合金具有诸多优异的性能，如高强度/硬度、高耐磨性、高断裂韧性、优异的低温性能和结构稳定性、良好的耐腐蚀性能和抗氧化性能等。研究表明，BCC结构高熵合金普遍强度高但塑性较低，而FCC结构高熵合金普遍塑性高但强度较低，这很大程度上阻碍了高熵合金在生产生活中的应用，而一般双相高熵合金组织粗大，容易失稳，加工性能差。在此，我们提出了一种新型制备FeCoCrNiAl_0.5C_0.05双相超细晶高熵合金的方法，首先利用机械合金化制备预合金粉末，再通过放电等离子烧结固结合金粉末得到合金样品，最终通过感应线圈与端淬结合的处理方式，成功调控FeCoCrNiAl_0.5C_0.05高熵合金的再结晶与两相转化程度，实现了所述双相高熵合金的组织及性能改善。这一新型合金设计理念打破了传统材料设计的瓶颈，为高性能金属材料的研发开拓了全新的思路。

技术领域

本发明属于新型合金材料及其制备领域，具体涉及一种双相超细晶高熵合金材料的制备方法及其组织结构和性能分析，该方法能够改善双相高熵合金的组织及性能，为制备高性能合金材料提供了新的方法。

背景技术

工业的发展对金属材料提出了越来越高的性能要求：耐腐蚀、耐高温、较高的抗拉抗压强度、良好的延展性等，尽管通过热处理、增材制造激光加工、高速塑性变形等制造加工方法来提高材料的性能，但还是远远不能满足工业应用要求，传统金属材料研发进入瓶颈。

在传统的合金设计理念中，通常以一种金属元素为主要元素，在其基础上添加一定含量其它元素以改善其物理、化学、力学等性能，如铝合金，铁合金，钛合金，镁合金等。这些合金的晶体结构和基本性能取决于其主要元素，添加合金元素种类过多则容易导致复杂相的产生，甚至是脆性的金属间化合物相，不利于合金的组织和性能调控。

高熵合金突破了传统合金设计理念，不再是以一种或两种金属元素作为基体元素，而是以多种(通常是五种及其五种以上)金属元素为基体，各个合金元素的原子百分数介于5％～ 35％，每种金属元素都可以作为溶质原子，然后改变其固有的组成元素或增添其他元素来调节微观组织以获得目标性能。高熵合金虽然成分复杂，但相组成却很简单，通常是单相，或者双相结构，在显微组织控制方面既具有很好的稳定性，又具有很高的灵活性。已报道的高熵合金具有诸多优异的性能，如高强度/硬度、高耐磨性、高断裂韧性、优异的低温性能和结构稳定性、良好的耐腐蚀性能和抗氧化性能等，引起了广泛关注。研究表明，BCC相结构的高熵合金普遍强度高但塑性较低而FCC相结构的高熵合金普遍塑性高但强度较低，这很大程度上阻碍了高熵合金在生产生活中的应用。现已开发出多种方法制备高熵合金，通过优化相关工艺参数，可以有效调控高熵合金的结构及性能。高熵合金的制备方法主要包括铸锭冶金法、粉末冶金法、选择性激光熔化、激光熔覆法、电化学沉积法等。其中，铸锭冶金法、粉末冶金法、选择性激光熔化等多用于制备块体高熵合金，而激光熔覆法和电化学沉积法通常用来制备高熵合金薄膜或高熵合金涂层。而一般双相高熵合金组织粗大，容易失稳，加工性能差，所以制备出超细晶双相高熵合金便更具应用前景。本发明提供了一种新型制备 FeCoCrNiAl_0.5C_0.05双相超细晶高熵合金的方法，首先利用机械合金化制备预合金粉末，再通过放电等离子烧结固结合金粉末得到合金样品，最终通过感应线圈与端淬结合的处理方式，成功调控FeCoCrNiAl_0.5C_0.05高熵合金的再结晶与两相转化程度，实现了所述双相高熵合金的组织及性能改善。这一新型合金设计理念打破了传统材料设计的瓶颈，为高性能金属材料的研发开拓了全新的思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双相FeCoCrNiAl_0.5C_0.05高熵合金及其制备方法，确定了合金成分和相关制备工艺，测试了合金的组织结构和力学性能。