[发明专利]一种具有强度-塑性协同效应的新型中熵合金材料

说明书

本发明公开了一种具有强度‑塑性协同效应的新型中熵合金材料，其成分原子百分比为Alx(CoNiV)100‑x(x＝0.01‑10％)，采用一种简单的沉淀强化方法，可以获得极高的比屈服强度。同时其具有从低温到中温的持续优异的强度‑塑性协同作用以及高温下的超塑性行为。该合金材料成分的发现为在较宽的温度范围内设计具有先进强度‑延性组合的沉淀强化轻质合金材料开辟了道路，并阐明了潜在的微观机制。

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种具有强度-塑性协同效应的新型中熵合金材料。

背景技术

冶金学家一直梦想在一个温度下同时制造出具有超高抗拉强度和优良延展性(塑性应变大于30％)的合金，甚至在更宽的温度范围内制造出具有力学性能更好的合金。合金的力学响应显著地依赖于使用温度，并且对于一种特定的合金来说，在较宽的温度范围内具有优良的强度-塑性组合是极其困难的。先进的结构材料必须具有高的损伤极限而不致过早断裂。与传统的合金设计相比，近年来出现的高熵合金或中熵合金提出了一种非常规的概念和方法。这些高熵合金和中熵合金是一类由多种主元素组成的新材料，可能具有广泛的性能组合潜力。面心立方高熵合金的特点是室温下屈服强度低，而体心立方高熵合金的延性不足。由于早期的高熵合金研究主要集中在单相微结构上，其从实验室设计的材料到先进结构材料的转变由于其有限的力学性能而成为一个主要的缺点。尽管面心立方结构的高熵合金在冷态时通过激活额外的变形机制变得更强，但在室温下获得超高屈服强度一直是一个挑战。

钒是中熵合金中的一种重要元素，在面心立方和体心立方结构中，钒通过严重的晶格畸变和较大的错配体积提供了强大的固溶体硬化。面心立方结构的CoNiV材料除了具有很高的耐腐蚀性和氢脆性外，还具有最高的屈服强度，这使得含V的中熵合金具有很大的潜力在结构应用方面。目前为止，人们急需研发具有强度-塑性协同效应的、极高的比屈服强度的合金材料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供了一种具有强度-塑性协同效应的新型中熵合金材料。采用简单的Al微合金化方法，对面心立方结构的CoNiV中熵合金进行沉淀强化，得到一系列具有双相结构的Al_x(CoNiV)_100-x(x＝0.01-10％)合金。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具有强度-塑性协同效应的新型中熵合金材料，所述新型中熵合金材料成分原子百分比为Al_x(CoNiV)_100-x，其中x＝0.01-10％。

进一步地，所述新型中熵合金材料成分原子百分比优选为Al₅(CoNiV)₉₅合金。

进一步地，所述所述的具有强度-塑性协同效应的新型中熵合金材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按照所述原子百分比称量铝、钴、镍和钒,例如，5％铝、31.667％钴、31.667％镍和31.666％钒，将称量得到的铝、钴、镍和钒置于真空熔炼炉中，然后抽真空并进行电弧熔炼得到母合金锭子(熔炼温度一般高于1600K)，将母合金锭子翻转并熔炼多次，制得合金片。

(2)将得到的合金片置于石英管中真空密封，在1373K下退火8个小时，然后进行水淬。

(3)将水淬后的合金片进行室温轧制，合金片的厚度减小65％，然后在1173K下退火1个小时，然后再次进行水淬，得到所述新型中熵合金材料。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：