[发明专利]一种高强韧性的面心立方高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种高强韧性的面心立方高熵合金及其制备方法，属于高熵合金强韧化技术领域，包括步骤：将Fe、Mn、Co、Cr、Al混合均匀，于真空中其进行第一次熔炼；随后在惰性气体下，向第一次熔炼后的合金中加入C单质进行第二次熔炼；加入稀土元素，进行第三次熔炼，随后将其浇铸后于1100～1300℃的温度下保温1～3h，获得合金铸锭，并将其进行热轧，使其厚度形变至3mm，冷至室温后去除其表面的氧化层，然后经过冷轧，使其厚度形变至1mm，得到合金粗品；将上述轧制后的合金置于650～900℃温度的热处理炉内保温0.5～2h，取出水冷，即得到目标成分面心立方高熵合金。本发明以成分设计、相图计算为后续热处理提供指导，使合金强度得到大幅度提高，同时合金拥有较高塑性。

技术领域

本发明涉及高熵合金材料强韧化技术领域，尤其涉及一种高强韧性的面心立方高熵合金及其制备方法。

背景技术

金属材料在人类社会的发展中一直起着举足轻重的关键作用，我国的科技发展也对高性能的新型金属材料提出了更高要求。高熵合金是近年来涌现出的具有广泛应用前景的合金设计理念。它是由5种及以上元素组成，每种主要元素的含量在5at.％到35at.％(原子分数)之间。打破了传统合金以混合焓为主的单主元成分设计理念，高熵合金的设计以构型熵为主，旨在使构型熵最大化，从而促使合金形成简单固溶体。高熵合金独特的固溶体结构使其具有有别于传统金属的特性：热力学上的高熵特性、结构上的晶格畸变效应、动力学上的缓慢扩散效应和性能上的鸡尾酒效应。高熵合金的特性使高熵合金具有一系列优异的性能：高强度、高硬度、良好的耐磨及耐腐蚀性能等。

根据高熵合金的固溶体结构，可以分为面心立方(FCC)、体立方(BCC)和密排六方(HCP)结构高熵合金。CoCrFeMnNi是最早诞生的FCC结构高熵合金，FCC高熵合金均表现出优异的塑性，但是其强度有待提高。李志明利用“亚稳工程”设计了相变诱导双相高熵合金有效提高了合金的拉伸断裂强度，但是其屈服强度也只有253MPa，屈服强度较低严重限制了面心立方高熵合金的应用。因此，面心立方高熵合金的强韧化研究迫在眉睫。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种高强韧性的面心立方高熵合金及其制备方法。

本发明的一种高强韧性的面心立方高熵合金及其制备方法，具体是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个目的是提供一种高强韧性的面心立方高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将Fe、Mn、Co、Cr、Al金属单质混合均匀，于真空中其进行第一次熔炼处理；随后在惰性气体氛围下，向第一次熔炼处理的合金中加入C单质进行第二次熔炼处理；加入稀土元素，进行第三次熔炼，随后将其浇铸后于1100～1300℃的温度下保温1～3h，获得合金铸锭；

S2，将保温完成的合金铸锭进行热轧，使其厚度形变至3mm，冷至室温后去除其表面的氧化层，然后经过冷轧，使其厚度形变至1mm，得到合金粗品；

S3，将S2轧制后的合金置于650～900℃温度的热处理炉内保温0.5～2h，取出水冷，即得到目标成分面心立方高熵合金。

进一步地，S1中，所述Fe、Mn、Co、Cr、C的用量按照以下原子百分比计，Fe：40.0～50.0at.％、Mn：20.0～30.0at.％、Co：10.0～20.0at.％、Cr：5.0～10.0at.％、C：0.5～2.5at.％。

进一步地，所述Al的用量为Fe、Mn、Co、Cr和C单质总质量的0.09～0.15％。

进一步地，所述稀土元素为Ce，所述Ce与所述Al的质量比为1:1～3。

进一步地，S1中，真空度为0.03～0.09MPa。

进一步地，S1中，所述第一次熔炼处理、所述第二次熔炼处理及所述第三次熔炼处理均是在真空感应熔炼炉中进行的。