[发明专利]一种掺杂微量B元素改性的高强高塑多组元合金、其制备方法及用途

说明书

本发明提供了一种掺杂微量B元素改性的高强高塑多组元合金、其制备方法及用途，所述多组元合金通式为Fe_aNi_bCr_cCu_dAl_eTi_f‑gB，其中a、b、c、d、e、f为摩尔比，g为质量分数，1.8≤a≤2.2、0.8≤b≤1.2、0.3≤c≤0.6、0.1≤d≤0.4、0.1≤e≤0.4、0.1≤f≤0.3(摩尔比)、60ppm≤g≤90ppm。本发明多组元合金通过掺杂微量B元素后经过简单的热机械处理，抑制了晶界处粗大BCC基Heusler相的析出，促进了晶界内细小的BCC基Heusler相的形成，缓解了应力集中，使得该合金的综合力学性能得到了极大的提升。

技术领域

本发明涉及多组元合金技术，尤其涉及一种掺杂微量B元素改性的高强高塑多组元合金、其制备方法及用途。

背景技术

高熵合金或多组元合金因其特殊的物理、化学和力学性能而受到广泛关注，并成为金属合金研究的热点，以期成为未来结构功能一体化材料。尽管其由4种及以上主元所构成，但铸态下仍能保持着单相无序固溶体结构。在单一面心立方无序固溶体结构的多组元合金中同时实现超高强度和可靠的延展性仍然是一个挑战。为了使单一面心立方结构的多组元合金具有优异的力学性能，通常需要强化韧性好的基体相。在各种传统的强化策略中，沉淀强化起着至关重要的作用，因为在多组元合金中元素扩散缓慢的特性为形成细小稳定的纳米级沉淀相提供了独特的机会，将合金的强度提升到新的水平。

通常，实现这一目标的方法只专注于调整合金成分和热机械处理条件，这既繁琐又具有昂贵的成本。相比之下，如何设计出简单且低成本的方法来优化微观组织，以达到多组元合金强度和延展性的最佳平衡，这仍然面临着巨大挑战。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前采取极低含量的掺杂剂来调整微观结构，以期改善合金综合力学性能的设计被稀少报道等问题，提出一种掺杂微量B元素改性的高强高塑Fe-Ni-Cr-Cu-Al-Ti-B多组元合金及其制备方法。在无B状态下，通过热机械处理后在该合金晶界处析出了大量的粗大BCC基Heusler硬质相，这严重损害了该合金的塑性。通过掺杂极低含量的B元素在相同的热机械处理条件下，抑制了晶界处粗大硬质相的析出，促进了晶界内细小的BCC基Heusler相的形成，缓解了应力集中，使得该合金的综合力学性能得到了极大地提高。该体系多组元合金展现出的优异强塑性平衡的特征，有望在工业化生产中得到广泛应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种掺杂微量B元素改性的高强高塑多组元合金，其通式为Fe_aNi_bCr_cCu_dAl_eTi_f-gB，其中a、b、c、d、e、f为摩尔比，g为质量分数，1.8≤a≤2.2、0.8≤b≤1.2、0.3≤c≤0.6、0.1≤d≤0.4、0.1≤e≤0.4、0.1≤f≤0.3、60ppm≤g≤90ppm。

进一步地，所述通式Fe_aNi_bCr_cCu_dAl_eTi_f-gB多组元合金组分满足如下条件：a：b：d：f＝20：10：2：1，c：e＝5：3，且60ppm≤g≤90ppm。

进一步地，所述通式中1.9≤a≤2.1、0.9≤b≤1.1、0.4≤c≤0.5、0.1≤d≤0.2、0.3≤e≤0.4、0.1≤f≤0.2、60ppm≤g≤90ppm。

本发明的另一个目的还公开了一种掺杂微量B元素改性的高强高塑多组元合金的制备方法，包括以下步骤：