[发明专利]一种难熔高熵合金的强韧化调控方法

说明书

本发明公开了一种难熔高熵合金的强韧化调控方法，包括以下步骤：(1)制备难熔高熵合金铸锭；(2)观察铸锭试样的合金组织形貌，利用能谱仪分析不同元素的分布规律；(3)根据不同元素分布特征重新设计合金成分；(4)将优化后的新合金成分制备成铸锭，得到强韧化调控后的难熔高熵合金。本发明基于合金的凝固组织特点，通过直接调控脆性难熔高熵合金中偏聚元素的含量，克服了WTaMoNb系难熔高熵合金的室温脆性；本发明不改变合金相结构，微观组织形貌呈树枝晶形态，室温及高温下的综合力学性能得到提高。本发明为解决难熔高熵合金室温脆性提供了新思路和新方法。

技术领域

本发明涉及一种合金的强韧化调控方法，尤其涉及一种难熔高熵合金的强韧化调控方法。

背景技术

随着高熵概念的流行，多主元合金化策略使传统合金难以企及的性能极限被不断刷新。优异的高温结构稳定性是高熵合金(Cantor合金)最具吸引力的特性之一。通过熵调控、相组成设计、后处理(如时效处理)、晶界策略等，Cantor合金体系的高温力学性能得到极大优化。但作为一款潜在的替代镍基超合金的材料，Cantor合金在800℃以上温域的高温力学性能尚不满足应用需求，主要原因有：第一，相比镍基超合金，cantor合金高温下的强度与韧性不具备优越性；第二，若要达到或超过镍基超合金的高温性能，cantor合金在制备完成后需要极为复杂的后处理加工工艺。此外，cantor合金由于大量更贵重的元素，在成本上也处于劣势。

通过组合多种高熔点元素，Senkov等制备的WTaMoNb合金在1600℃下具有优异的高温强度，但该合金的室温断裂应变仅为2.1％(Senkov，Intermetallics，2011)，这种本征脆性使得合金难以加工与成形。通过将W、Mo替换为Hf、Zr、Ti，Senkov等发现TaNbHfZrTi合金在室温压缩时断裂应变超过50％(Senkov，Journal of Materials Science，2012)。然而，室温塑性获得极大提升的代价是合金在超过1000℃时就开始快速软化，尽管进一步的后处理加工工艺使得TaNbHfZrTi难熔高熵合金的室温力学性能得到综合性提高，但当温度升高到1200℃以上时，高温强度不足的问题再次出现。对于成本昂贵的难熔高熵合金而言，高温强度与室温塑性相互制约、无法兼得的性能调控是一大技术难题。

WTaMoNb合金体系是目前在1200℃以上的温域最具应用前景的难熔金属材料，克服室温脆性是合金走向应用的关键。在已公开报道的资料中，合金化新组元、掺杂非金属元素和开发新的制备工艺等是WTaMoNb合金性能优化的主要方法，相继开发出了一系列性能较为优异的难熔高熵合金，然而WTaMoNb本身的合金特性却被忽略，合金自身的元素调控鲜有报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够克服其室温脆性的难熔高熵合金的强韧化调控方法。

技术方案：本发明所述的难熔高熵合金的强韧化调控方法，包括以下步骤：

(1)制备难熔高熵合金铸锭；

(2)根据铸锭试样的合金组织形貌及不同元素分布特征重新设计合金成分；

(3)将优化后的新合金成分制备成铸锭，得到强韧化调控后的难熔高熵合金。

其中，步骤(2)中，所述重新设计合金成分的方法为：提高晶间/枝晶间偏聚元素含量。所述枝晶间偏聚元素原子百分比含量P1满足：60％≤P1≤90％。

其中，步骤(2)中，所述重新设计合金成分的方法为：降低晶内/枝晶内偏聚元素含量。所述枝晶内偏聚元素原子百分比含量P2满足：10％≤P2≤40％。

其中，步骤(2)中，利用线切割将难熔高熵合金铸锭切成块体试样，经打磨、抛光、金相腐蚀后，利用扫描电子显微镜观察合金组织形貌，并利用能谱仪分析不同元素的分布规律。