[发明专利]一种高强高塑的六元共晶高熵合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种高强高塑的六元共晶高熵合金及其制备方法。所述共晶高熵合金的通式为CoCrNi₂V_xB_ySi_z，其中，0.3≤x≤0.9、0.2≤y≤0.6和0.1≤z≤0.3，x、y和z分别为对应元素的摩尔比。本发明还公开了共晶高熵合金的制备方法。本发明所述共晶高熵合金在铸态下呈现为非规则共晶微观结构，相组织由FCC和M₃B₂类型的硼化物组成。在特定的双级退火处理之后，该共晶高熵合金的综合力学性能极大提高，其抗拉强度高达1016～1153MPa，且断裂延伸率在10.9～20.1％，因此在工程领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及高熵合金技术，尤其涉及一种高强高塑的六元共晶高熵合金及其制备方法。

背景技术

近年来，高熵合金因其优异的力学性能和特殊的功能性，在材料研究领域得到广泛地关注。尽管其由多种组元所组成，但铸态下依然保持着简单的单相固溶体结构。例如单相面心立方固溶体结构和单相体心立方固溶体结构等。通常情况下，具有单相面心立方固溶体结构高熵合金，展现出好的塑性，但强度较低；而具有单相体心立方固溶体结构高熵合金，拥有高的强度，但塑性较差。除此之外，高熵合金还存在严重的成分偏析和差的铸造流动性，这使得其难以在工程领域得到大规模应用。

为了解决上述问题，2014年大连理工大学卢一平教授提出了共晶高熵合金的概念，并成功设计出具有FCC和B2相所组成的AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金。该合金不仅展现出高的拉伸强度和好的断裂韧性，而且还拥有极好的铸造流动性和均匀的组织结构，因此在工程领域具有广阔的应用前景。

自共晶高熵合金概念被提出以来，共晶高熵合金体系被材料研究者不断地发展与壮大。就已报道的共晶高熵合金力学性能而言，拥有优异压缩强度-塑性匹配的共晶高熵体系较多，而拥有优异拉伸强度-韧性匹配的共晶高熵合金体系极少，仅为FCC+B2相共晶高熵合金系；就已报道的共晶高熵合金的组元数量而言，主要集中在4～5元，而更高组元数量的共晶高熵合金被稀少报道。就共晶高熵合金热处理工艺研究而言，绝大部分共晶成分均展现出优异的热稳定性，这使得热处理对共晶高熵合金的力学性能的改善有限。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前拥有高的拉伸强度和好的断裂韧性匹配的共晶高熵合金体系单一、组元数量少，且热处理工艺不完善等问题，提出一种高强高塑的六元共晶高熵合金，所述六元共晶高熵合金在铸态下呈现为非规则共晶组织形貌，共晶相结构由FCC和M₃B₂类型的硼化物所组成。该六元共晶高熵合金在优选的双级退火处理之后，综合力学性能极大提高，展现出高的拉伸强度和好的断裂韧性，因此在工程领域具有广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高强高塑的六元共晶高熵合金，通式为CoCrNi₂V_xB_ySi_z，其中，0.3≤x≤0.9、0.2≤y≤0.6和0.1≤z≤0.3，x、y和z分别为对应元素的摩尔比。

作为本发明优选的技术方案，所述通式CoCrNi₂V_xB_ySi_z金属组分满足如下条件：x：y：z＝3：2：1。

本发明的另一个目的还公开了一种高强高塑六元共晶高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、利用SiC砂纸对金属单质原料Co、Cr、Ni和V金进行打磨，以除去表面的氧化皮和杂质，然后放置于不同容器，并加入酒精，进行超声清洗；对于B和Si非金属单质原料仅进行超声清洗而不参与表面打磨工序；待清洗后的单质原料充分晾干后，分别装入密封袋中备用；

步骤2、按照通式称取各组分，并单独称取Ti金属单质备用，Ti金属单质的使用量应满足能尽可能的去除多余的氧；