[发明专利]含C的高性能多主元高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含C的高性能多主元高熵合金及其制备方法，其中，所述合金按照原子百分比计，包括如下组分：Co：23‑25％、Ni：42‑45％、Fe：8‑11％、Al：9‑11％、Ti：11‑13％、C：1‑2％，制备方法包括熔铸、固溶处理、冷轧处理和时效热处理步骤。该合金在室温条件下，拉伸塑性达到15％以上，屈服强度高于1.0GPa。该高性能合金可加工成多种形式的产品，在航空航天制造业紧固件等领域内有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于有序化合物合金材料制备领域，涉及有序化合物韧化范畴，尤其是航空航天等领域应用的韧性化合物合金材料及其制备方法。

背景技术

原子密排或者晶体有序结构合金是桥接普通金属和陶瓷之间的一类材料，具有开发特殊力学性能的潜在基础。特别是，长程有序合金具有很强的结合健，原子的可动性以及高温扩散系数较低，因此很适合高温环境下使用。从上个世纪50年代起，人们在块体金属间化合物的应用方面进行了大量的研究，尽管取得了很多可观的进展，但囿于强度和塑性之间不可调和的矛盾，使得该类材料没有得到广泛的应用。随着合金的晶体结构变得高度有序，使得合金在室温下发生灾难性的脆断。结果，大多数高强度传统的有序合金(GPa级)在环境温度下拉伸过程中表现极端脆性，严重制约了其作为结构材料的实际应用。

其中，有序L1₂型晶体结构的长程有序金属间化合物Ni₃Al合金，具有接近其高熔点(1400℃)时仍然保持高度有序以及较高的高温抗氧化性的优点，而且在一定的温度范围内，其屈服强度随着温度升高反而升高的现象，因此该结构合金对于制备高性能高温结构材料具有巨大的潜力。但晶间脆断是制约其工程化应用的最大障碍，该类材料具有巨大的应用潜力同时也存在一定的缺陷。

L1₂型晶体结构的长程有序合金的室温脆性是来自于晶界脆断，具有本征特征。添加微量B改善Ni₃Al合金室温脆性是该类材料研究的一个重大突破，但B只有在富Ni的Ni₃Al合金中才有效地改善合金的塑性。而对于化学计量比或者富Al的合金，则没有塑化效果。尽管微量B可改善富Ni的Ni₃Al合金室温脆性，但由于二元Ni₃Al基合金成分单一，对于高温条件下使用的结构材料来说，不易进行多重的性能调控。因此，以Ni₃Al为基础的复合材料乃至多主元长程有序化合物合金成为实际应用的备选材料。

最近，多主元L1₂型长程有序化合物合金成为了研究的热点。形成L1₂结构的多主元元素之间的电负性差、原子价以及原子大小差具有可调控等特点，使得多主元元素形成的有序结构较二主元合金具有获得更高的强度和塑性的潜力。特别是，最近香港城市大学利用添加2.5at.％含量的B，通过在晶界处形成纳米无序相来实现合金的强韧化，取得了很好的效果。在冷变形再结晶后，合金获得了良好的拉伸性能。

综上所述，开发具有较高强度(GPa级别)同时还保留一定的塑性的有序金属间化合物结构材料成为研究热点。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种含C的高性能多主元高熵L1₂型有序化合物结构合金及其制备方法，通过加入微量的C进行微合金化，使得L1₂型有序化合物增加无序化趋势，从另一角度，使得有序金属间化合物在获得较高强度(GPa级别)同时还保留一定的塑性。

本发明一方面提供了一种含C的高性能多主元高熵合金，按照原子百分比计，包括如下组分：Co：23-25％、Ni：42-45％、Fe：8-11％、Al：9-11％、Ti：11-13％、C：1-2％。

本发明还提供了上述含C的高性能多主元高熵合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)按照上述的组分及其原子百分比配制合金并熔铸成铸锭；