[发明专利]具有低温塑性的耐腐蚀的低膨胀高熵合金及制备和应用

说明书

本发明公开了一种具有低温塑性的耐腐蚀的低膨胀高熵合金及制备和应用，该高熵合金的各个元素的原子百分数：Co:47.5％～48.5％，Cr:9.0％～11.0％，Ni:2.5％～4.0％，Mo:0.3％～1.7％，余量为Fe和不可避免的杂质。且高熵合金为五元合金，其低膨胀取决于晶格振动产生的正膨胀和磁体积效应产生的负膨胀叠加作用，原位结构的单相FCC奥氏体，且合金的表面有致密的氧化膜，热膨胀系数在100‑250K区间内平均为：1×10supgt;‑6/supgt;/K,热膨胀系数在100‑350K区间内平均为：2×10supgt;‑6/supgt;/K。该高熵合金兼具优异的力学性能、良好的导电导热性能、卓越的耐腐蚀性能、应用前景广阔，商用价值巨大。

技术领域

本发明属于功能材料领域，尤其涉及一种具有低温塑性的耐腐蚀的低膨胀高熵合金及制备和应用。

背景技术

随着社会的日益发展和人们生活水平的逐步提高，大量的能源消耗是摆在全人类眼前的重大问题。液化天然气作为清洁能源备受青睐但其运输较为困难，目前的LNG船内膜应用的低膨胀合金是19世纪末研发的因瓦合金(Fe-36Ni)。因瓦合金热膨胀系数较低但耐腐蚀性较差，在制备和应用过程中须严格防止腐蚀，限制了其使用场景。然而目前并没有合适的低膨胀材料能取代因瓦合金。

低膨胀材料目前大体分为陶瓷材料、复合材料以及金属材料三大类。陶瓷材料不良的力学性能和加工性导致其应用十分受限。复合材料虽然可以通过固相烧结形成金属/陶瓷基复合零膨胀材料，但其陶瓷材料部分的力学性能问题并没有解决，而且复合材料难以长期循环使用。对于金属材料，现有的低膨胀合金多为金属间化合物，其固有脆性导致实际应用受限。其外，20世纪报道了不锈因瓦(Fe-54.5Co-9Cr)与超因瓦(Fe-31Ni-5Co)合金，其热膨胀系数较因瓦合金更低，但在附近数十度温区内易发生马氏体相变，致使热膨胀性不可循环。对于金属材料而言，低膨胀性、耐腐蚀性、相稳定性、塑性韧性这些性能之间相互制约，迄今已报道的材料没有一种材料能同时实现。

发明内容

本发明公开了一种具有低温塑性的耐腐蚀的低膨胀高熵合金及制备和应用，以解决现有超高温防护材料领域技术上的问题或者其他潜在问题中的任意问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种具有低温塑性的耐腐蚀的低膨胀高熵合金，所述具有低温塑性的耐腐蚀的低膨胀高熵合金为五元合金，合金中的低膨胀现象大体取决于晶格振动产生的正膨胀和磁体积效应产生的负膨胀的叠加作用，合金为原位结构的单相FCC奥氏体，且合金的表面有致密的氧化膜，且合金的热膨胀系数在100-250K区间内平均为：1×10^-6/K,在热膨胀系数在100-350K区间内平均为2×10^-6/K。

进一步，所述具有低温塑性的耐腐蚀的低膨胀高熵合金的化学通式为Fe-aCo-bCr-cNi-dMo其中，47.5at％≤a＜48.5at％、9.0at％≤b＜11.0at％、2.5at％≤c＜4.0at％、0.3at％≤d＜1.7at％，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步，所述具有低温塑性的耐腐蚀的低膨胀高熵合金在室温下，平均抗拉强度＞700MPa，平均规定塑性延伸强度＞400MPa，平均断后延伸率大于45％；

在-70℃，平均抗拉强度＞800MPa，平均规定塑性延伸强度＞500MPa，平均断后延伸率大于45％；

在-196℃，平均抗拉强度＞1250MPa，平均规定塑性延伸强度＞700MPa，平均断后延伸率大于45％。

进一步，所述具有低温塑性的耐腐蚀的低膨胀高熵合金为单一面心立方结构，其晶格常数a＝b＝c,α＝β＝γ＝90°。

本发明的另一目的是提供一种上述的具有低温塑性的耐腐蚀的低膨胀高熵合金的方法，所述方法包括以下步骤：