[发明专利]一种调控纳米晶高熵合金蠕变性能的方法

说明书

本发明公开了一种调控纳米晶高熵合金蠕变性能的方法，通过磁控溅射的方法制备非晶包裹纳米晶的双相高熵合金，其中非晶相可以看作宽度为2～3.5nm的晶界，纳米晶晶粒尺寸为3～5nm。由于非晶相对纳米晶晶粒的滑移和旋转起到很好的抑制作用，而调控退火温度可以改变非晶相宽度从而对晶粒旋转和晶界滑移进行不同程度的抑制，实现调控CrMnFeCoNi纳米晶高熵合金蠕变性能的目的。该方法包括磁控溅射镀膜和控制退火两个步骤。该方法可以有效的调控CrMnFeCoNi纳米米晶高熵合金的蠕变抗性。

技术领域

本发明涉及合金材料领域，主要涉及一种调控纳米晶高熵合金蠕变性能的方法。

背景技术

高熵合金(或多主元合金)是一种新型的合金材料，具有优异的力学性能、摩擦磨损性能、抗辐照和耐腐蚀性能等，是潜在的可应用于航天、航海、核能及电子等关键领域的功能与结构材料。其多主元等原子比高的混合熵，使之可以形成单相固溶体而非金属间化合物。而高熵效应、晶格畸变效应、缓慢扩散效应及鸡尾酒效应等四种核心性能使其在强度、塑性、蠕变性能等方面优于传统的单主元合金。

蠕变性能是金属材料在工业应用中一个重要指标。大多数传统合金可以通过降低晶粒尺寸可以提高强度，但随着晶粒尺寸减小到纳米级，由于大量晶界的产生，蠕变变形的相关机制由粗晶时的位错主导机制转变为晶界主导的相关机制，如晶界滑移、晶界扩散及晶粒旋转等。大量的晶界在蠕变变形时发生滑移和晶粒旋转而导致蠕变抗性的降低，所以纳米晶材料虽然强度高于粗晶材料材料，但是较差的蠕变性能成为其在工程应用上的瓶颈。

纳米晶高熵合金由于其缓慢扩散效应而具有由于传统合金的蠕变抗性，但是如果可以调控纳米晶高熵合金的蠕变性能，那么纳米晶高熵合金在结构材料上的使用范围将进一步扩大。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明在于提供一种调控纳米晶高熵合金蠕变性能的方法，利用蠕变变形机制中晶界滑移和晶粒旋转等主导机制，通过调控晶界的宽度，实现对晶界滑移和晶粒旋转的抑制，而改变材料的蠕变性能。为达到上述目的，本发明采用如下：

本发明提供的调控纳米晶高熵合金蠕变性能的方法包括间歇磁控溅射镀膜和控制退火两个步骤，将沉积态的纳米晶高熵合金薄膜置于通有保护气体的退火炉进行退火，所制备的CrMnFeCoNi纳米晶高熵合金薄膜晶界宽度为0.6-3.5nm，其蠕变抗性随晶界宽度降低而增高。

一种调控纳米晶高熵合金蠕变性能的方法，包括间歇磁控溅射镀膜和控制退火两个步骤：

(1)制备CrMnFeCoNi高熵合金靶材，其原子百分比为：Cr：18-20％、Mn：21-25％、Fe：17-21％、Co：19-21％、Ni：18-20％，总质量百分比之和为100％；

(2)将CrMnFeCoNi高熵合金靶材作为溅射靶材，采用间歇磁控溅射的方法在基底上制备沉积态纳米晶高熵合金薄膜；

(3)镀膜时电源采用射频电源，功率为80-100W，溅射过程中加偏压80-100V，炉内压强为0.3-0.8Pa；

(4)将沉积态的纳米晶高熵合金薄膜置于通有保护气体的退火炉中进行退火处理。

所制备的沉积态CrMnFeCoNi高熵合金薄膜晶界宽度为2-3.5nm，晶粒尺寸为3-5nm。

退火时保持炉内压强为25-35Pa。

所述保护气体为95％氩气+5％氢气的混合气体，且在退火时保持气体流量为28-32sccm。

所述退火温度为200-600℃。

所述退火保温时间为0.5-3h。

退火后冷却方式为随炉冷却，制得的高熵合金薄膜晶界宽度为0.6-2.5nm，晶粒尺寸为5-10nm，均具有高的蠕变抗性且蠕变抗性随晶界宽度的降低而呈现增高的趋势。