[发明专利]一种改善高Zn轻质中熵合金性能的处理方法

说明书

本发明公开了属于熵合金的轧制技术领域的一种改善高Zn轻质中熵合金性能的处理方法。所述处理方法将利用微滴快速冷却成型得到的Al₇₈Zn₁₃Mg₅Li₂Cu₂高Zn轻质中熵合金，先通过在380℃条件下保温240min进行包套热轧处理；然后配合在420℃‑450℃下保温15min‑30min完成固溶处理，将固溶处理后的合金置于热处理炉中，在100℃‑140℃下保温时效处理22h‑24h，得到性能改善后的高Zn轻质中熵合金；上述方法制备的轻质中熵合金温度均匀、应力状态良好、变形均匀、能有效减缓或抑制开裂，合金中第二相数量显著减少，解决了高Zn轻质中熵合金第二相难固溶，力学性能差的问题。

技术领域

本发明属于熵合金的轧制技术领域，尤其涉及一种改善高Zn轻质中熵合金性能的处理方法。

背景技术

铝合金是工业上应用最广泛的轻量化材料之一，已广泛应用于飞机外壳、汽车结构件等。然而，对于传统的铝合金，虽然添加了许多微量元素来提高力学性能，但多年来成分设计范围几乎保持不变，即Al的质量分数大于90at.％，并且每种合金元素的含量均不超过5at.％。成分设计理念限制了铝合金的力学性能。因此，迫切需要探索新型材料替代传统铝合金，寻找新的材料设计理念。

近年来，高熵合金(HEA)因其独特的结构而受到广泛关注。高熵合金中元素以接近等原子比混合，高熵效应使合金更易形成稳定的固溶体相结构。高熵合金具有热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应以及性能上的“鸡尾酒”效应。与传统合金相比，高熵合金表现出优异的力学性能、耐腐蚀性能，具有更加广泛的成分设计空间。

由此可见，熵增的概念为开发新型轻质合金提供了有前景的思路，故中熵合金(MEA)成为新型轻质合金的研究热点。降低Al元素含量，增加Zn元素含量能够有效提高合金体系的熵值，促进更多MgZn₂沉淀相生成，进而提高合金力学性能。

微滴快速冷却成型技术是用高压惰性气体将合金液流雾化成细小熔滴，在高速气流下飞行并冷却，在尚未完全凝固前沉积成坯件的一种工艺。制备合金的晶粒细小、组织均匀、宏观偏析低，有利于提高合金力学性能。通过微滴快速冷却成型技术制备的中熵合金能够同时表现出高MgZn₂相含量以及低合金晶粒尺寸，相较于传统铝合金，力学性能得到大幅提高。然而，一方面，过多的Zn元素会超过Al基体的最大固溶量，导致Zn元素难以固溶进基体，降低力学性能；另一方面，常规的长时间热处理工艺会增大合金晶粒尺寸，使微滴快速冷却成型制备合金晶粒细小的优势降低。为了解决此问题，有必要通过后续的轧制提高Zn的溶解度，通过短时固溶处理限制合金晶粒尺寸。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种改善高Zn轻质中熵合金性能的处理方法，所述处理方法为：将利用微滴快速冷却成型得到的高Zn轻质中熵合金，通过包套热轧处理和短时固溶时效配合进行处理；

所述高Zn轻质中熵合金为Al₇₈Zn₁₃Mg₅Li₂Cu₂(at.％)，其密度ρ＝2.8g/cm³；

为了降低合金晶粒和宏观偏析、使合金组织均匀，所述高Zn轻质中熵合金利用微滴快速冷却成型技术制备；

1)为了方便轧制，选择硬度略低于上述中熵合金的2系铝合金材料制作包套模具，将Al₇₈Zn₁₃Mg₅Li₂Cu₂中熵合金切成包套模具空腔相匹配的坯料，并压入包套腔体中，合金与包套腔体紧密配合，随后腔体上部覆盖金属盖并焊死，确保坯料与模具腔壁紧密配合，使轧制过程受力更加均匀，并且避免高温保温过程中合金氧化问题；