本發(fā)明屬于高熵合金的形變熱處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是在形變退火過(guò)程中施加強(qiáng)磁場(chǎng)改變高熵合金的微觀組織結(jié)構(gòu)，并制備出細(xì)晶高熵合金。

背景技術(shù)：

高熵合金是近些年發(fā)展起來(lái)的一種新型的結(jié)構(gòu)與功能材料，其具有高強(qiáng)度、高硬度、良好的磨損和抗氧化等性能，在航空航天、軍工、電子、儀表儀器等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。自2004年首次報(bào)導(dǎo)以來(lái)，其研究?jī)?nèi)容主要集中在鑄態(tài)或經(jīng)過(guò)均勻化處理之后的高熵合金，研究合金成分和元素交互作用等對(duì)高熵合金金相形成、微觀組織和性能的影響。目前的研究報(bào)道主要是通過(guò)冷加工變形或者熱處理等方法進(jìn)一步提高高熵合金的力學(xué)性能。

形變熱處理是將塑性變形與熱處理工藝相結(jié)合，以提高材料力學(xué)性能的一種熱處理復(fù)合工藝方法，它是利用了形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化的綜合強(qiáng)化作用，是細(xì)化晶粒和調(diào)控合金組織性能的有效手段。鑄態(tài)合金通過(guò)鍛造、軋制加退火等常規(guī)形變熱處理方式，可以得到晶粒尺寸在微米級(jí)的高熵合金，改善了合金性能。

強(qiáng)磁場(chǎng)在材料科學(xué)的物理化學(xué)過(guò)程、相變、結(jié)晶配向等方面取得了很大的成就。強(qiáng)磁場(chǎng)作為一種有效的外場(chǎng)，既可應(yīng)用與鐵磁性材料，也可以用于非鐵磁性材料，通過(guò)影響相變過(guò)程中材料的微觀組織、性能，實(shí)現(xiàn)新材料制備與改性，強(qiáng)磁場(chǎng)加工已成為開(kāi)發(fā)新型材料的一種重要技術(shù)手段。

因此，若能在材料形變熱處理的過(guò)程施加強(qiáng)磁場(chǎng)，利用組成相之間磁性能的差異，強(qiáng)磁場(chǎng)有可能改變組織的形態(tài)和大小，從而影響材料的熱處理過(guò)程和效果，這將會(huì)具有非常重要的意義。本發(fā)明就是利用這種方法制備出具有高強(qiáng)韌的細(xì)晶高熵合金。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是利用形變熱處理結(jié)合強(qiáng)磁場(chǎng)制備具有高強(qiáng)韌的細(xì)晶高熵合金的方法。

本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種利用熱磁耦合制備具有高強(qiáng)韌細(xì)晶高熵合金的方法，包括如下步驟：

步驟1：配料，選取al、co、cr、fe、ni元素為原料，其中，al的摩爾百分比為不超過(guò)20％，其余co、cr、fe、ni的摩爾含量相同，所述的al、co、cr、fe和ni均為純度不低于99.9％wt％的固態(tài)純?cè)?；用機(jī)械方法去除al、co、cr、fe和ni表面的氧化皮，并超聲波清洗；根據(jù)摩爾百分比稱(chēng)量al、co、cr、fe和ni原料，分別將cr、ni混合，al、co、fe混合；

步驟2：熔煉合金錠，在氬氣的保護(hù)下用非自耗電弧熔煉爐制備出cr-ni中間合金錠，然后再將其它金屬原料和中間合金錠一同放入真空感應(yīng)熔煉爐中制備出高熵合金錠；

步驟3：均勻化處理，利用電火花切割將高熵合金錠切割成塊狀試樣，對(duì)塊狀試樣進(jìn)行1200℃下保溫10h均勻化處理，改善鑄態(tài)試樣的組織均勻性；

步驟4：軋制，將均勻化處理后的合金塊狀樣進(jìn)行冷軋變形；合金冷軋?jiān)谑覝叵逻M(jìn)行，使用同步軋機(jī)對(duì)高熵合金塊狀樣進(jìn)行冷軋，以實(shí)現(xiàn)50％～95％變形量；

步驟5：強(qiáng)磁場(chǎng)退火，將冷軋后的試樣進(jìn)行退火實(shí)驗(yàn)并施加強(qiáng)磁場(chǎng)；試樣放置在磁場(chǎng)的中心位置，退火溫度為600～900℃，退火時(shí)間為0.5～1.5h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為6～12t，施加強(qiáng)磁場(chǎng)的方向與試樣的軋制方向形成的夾角為0°～90°，如圖2所示。

進(jìn)一步地，步驟3切割成塊狀試樣的截面尺寸為10mm×5～10mm，長(zhǎng)度為80mm，如圖1所示。

本發(fā)明的有益效果，從xrd圖譜表明，強(qiáng)磁場(chǎng)退火后合金始終保持著一個(gè)fcc單相，在圖3中可以看到明顯的(211)峰，說(shuō)明在退火過(guò)程中有少量的有序bcc相析出。從圖4可以看到試樣已經(jīng)開(kāi)始再結(jié)晶，變形條帶已經(jīng)變得不清楚。從圖5的晶粒尺寸變化看，700℃時(shí)試樣已經(jīng)開(kāi)始再結(jié)晶，組織中分布著大量的細(xì)小晶粒，晶粒分布均勻，晶粒的尺寸十分細(xì)小，試樣的平均晶粒尺寸是0.49μm。合金室溫強(qiáng)度約為370hv，從圖6可以看出施加強(qiáng)磁場(chǎng)退火試樣的延伸率較高，合金塑性較高。

附圖說(shuō)明

圖1試樣加工尺寸圖

圖2超導(dǎo)強(qiáng)磁場(chǎng)與熱爐示意圖

圖395％軋制試樣經(jīng)過(guò)700℃垂直強(qiáng)磁場(chǎng)退火后的xrd曲線(xiàn)圖

圖495％軋制試樣經(jīng)過(guò)700℃垂直強(qiáng)磁場(chǎng)退火后的金相組織圖

圖595％軋制試樣經(jīng)過(guò)700℃垂直強(qiáng)磁場(chǎng)退火后的oim圖

圖695％軋制試樣經(jīng)過(guò)700℃垂直強(qiáng)磁場(chǎng)退火后的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)

具體實(shí)施方案

下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

選取al、co、cr、fe、ni元素為原料，x取值為0.3，五種元素的摩爾比為0.3:1:1:1:1(記為al0.3cocrfeni)，其中al的摩爾百分比為6.9％，co、cr、fe、ni的含量相同。所述的al、co、cr、fe和ni均為純度不低于99.9％wt％的固態(tài)純?cè)稀＼堉屏?5％，退火溫度為700℃，退火時(shí)間為1h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為12t，磁場(chǎng)方向與試樣的軋制方向的夾角為0°。

步驟1：配料，用機(jī)械方法去除al、co、cr、fe和ni表面的氧化皮，并超聲波清洗；根據(jù)al0.3cocrfeni高熵合金的摩爾百分比精確稱(chēng)量al、co、cr、fe和ni原料并混合，得到al、co、cr、fe和ni原料的混合物；

步驟2：熔煉合金錠，在氬氣的保護(hù)下用非自耗電弧熔煉爐制備出cr-ni中間合金錠，然后再將其它金屬原料和中間合金錠一同放入真空感應(yīng)熔煉爐中制備出al0.3cocrfeni高熵合金錠；

步驟3：均勻化處理，將合金錠切割成10mm×10mm×80mm的塊狀樣，對(duì)塊狀試樣進(jìn)行1200℃下保溫10h均勻化處理，改善鑄態(tài)試樣的組織均勻性；

步驟4：軋制，將均勻化處理后的合金塊狀樣進(jìn)行冷軋變形。合金冷軋?jiān)谑覝叵逻M(jìn)行，使用同步軋機(jī)對(duì)al0.3cocrfeni高熵合金塊狀樣進(jìn)行冷軋，以實(shí)現(xiàn)95％變形量；

步驟5：強(qiáng)磁場(chǎng)退火，將冷軋后的試樣進(jìn)行退火實(shí)驗(yàn)并施加強(qiáng)磁場(chǎng)。試樣放置在磁場(chǎng)的中心位置，退火溫度為700℃，退火時(shí)間為1h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為12t，磁場(chǎng)方向與試樣的軋制方向的夾角為0°。

試樣的平均晶粒尺寸為0.62μm，試樣的室溫硬度約為360hv，施加強(qiáng)磁場(chǎng)退火試樣的延伸率較高，合金塑性較高。

實(shí)施例2

選取al、co、cr、fe、ni元素為原料，x取值為0.3，五種元素的摩爾比為0.3:1:1:1:1(記為al0.3cocrfeni)，其中al的摩爾百分比為6.9％，co、cr、fe、ni的含量相同。所述的al、co、cr、fe和ni均為純度不低于99.9％wt％的固態(tài)純?cè)?。軋制?5％，退火溫度為800℃,退火時(shí)間為1h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為12t，磁場(chǎng)方向與試樣的軋制方向的夾角為90°。

步驟1：配料，用機(jī)械方法去除al、co、cr、fe和ni表面的氧化皮，并超聲波清洗；根據(jù)al0.3cocrfeni高熵合金的摩爾百分比精確稱(chēng)量al、co、cr、fe和ni原料并混合，得到al、co、cr、fe和ni原料的混合物；

步驟2：熔煉合金錠，在氬氣的保護(hù)下用非自耗電弧熔煉爐制備出cr-ni中間合金錠，然后再將其它金屬原料和中間合金錠一同放入真空感應(yīng)熔煉爐中制備出al0.3cocrfeni高熵合金錠；

步驟3：均勻化處理，將合金錠切割成10mm×10mm×80mm的塊狀樣，對(duì)塊狀試樣進(jìn)行1200℃下保溫10h均勻化處理，改善鑄態(tài)試樣的組織均勻性；

步驟4：軋制，將均勻化處理后的合金塊狀樣進(jìn)行冷軋變形。合金冷軋?jiān)谑覝叵逻M(jìn)行，使用同步軋機(jī)對(duì)al0.3cocrfeni高熵合金塊狀樣進(jìn)行冷軋，以實(shí)現(xiàn)95％變形量；

步驟5：強(qiáng)磁場(chǎng)退火，將冷軋后的試樣進(jìn)行退火實(shí)驗(yàn)并施加強(qiáng)磁場(chǎng)。試樣放置在磁場(chǎng)的中心位置，退火溫度為800℃，退火時(shí)間為1h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為12t，方向與試樣的軋制方向垂直。

試樣的平均晶粒尺寸為1.49μm，試樣的室溫硬度約為345hv，施加強(qiáng)磁場(chǎng)退火試樣的延伸率較高，合金塑性較高。

實(shí)施例3

選取al、co、cr、fe、ni元素為原料，x取值為0.3，五種元素的摩爾比為0.3:1:1:1:1(記為al0.3cocrfeni)，其中al的摩爾百分比為6.9％，co、cr、fe、ni的含量相同。所述的al、co、cr、fe和ni均為純度不低于99.9％wt％的固態(tài)純?cè)稀＼堉屏?0％，退火溫度為700℃，退火時(shí)間為1h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為12t，磁場(chǎng)方向與試樣的軋制方向的夾角為90°。

步驟1：配料，用機(jī)械方法去除al、co、cr、fe和ni表面的氧化皮，并超聲波清洗；根據(jù)al0.3cocrfeni高熵合金的摩爾百分比精確稱(chēng)量al、co、cr、fe和ni原料并混合，得到al、co、cr、fe和ni原料的混合物；

步驟2：熔煉合金錠，在氬氣的保護(hù)下用非自耗電弧熔煉爐制備出cr-ni中間合金錠，然后再將其它金屬原料和中間合金錠一同放入真空感應(yīng)熔煉爐中制備出al0.3cocrfeni高熵合金錠；

步驟3：均勻化處理，將合金錠切割成10mm×10mm×80mm的塊狀樣，對(duì)塊狀試樣進(jìn)行1200℃下保溫10h均勻化處理，改善鑄態(tài)試樣的組織均勻性；

步驟4：軋制，將均勻化處理后的合金塊狀樣進(jìn)行冷軋變形。合金冷軋?jiān)谑覝叵逻M(jìn)行，使用同步軋機(jī)對(duì)al0.3cocrfeni高熵合金塊狀樣進(jìn)行冷軋，以實(shí)現(xiàn)90％變形量；

步驟5：強(qiáng)磁場(chǎng)退火，將冷軋后的試樣進(jìn)行退火實(shí)驗(yàn)并施加強(qiáng)磁場(chǎng)。試樣放置在磁場(chǎng)的中心位置，退火溫度為700℃，退火時(shí)間為1h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為12t，磁場(chǎng)方向與試樣的軋制方向的夾角為90°。

試樣的平均晶粒尺寸為0.61μm，試樣的室溫硬度約為425hv，施加強(qiáng)磁場(chǎng)退火試樣的延伸率較高，合金塑性較高。

實(shí)施例4

選取al、co、cr、fe、ni元素為原料，x取值為0.3，五種元素的摩爾比為0.3:1:1:1:1(記為al0.3cocrfeni)，其中al的摩爾百分比為6.9％，co、cr、fe、ni的含量相同。所述的al、co、cr、fe和ni均為純度不低于99.9％wt％的固態(tài)純?cè)稀＼堉屏?0％，退火溫度為700℃，退火時(shí)間為1h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為12t，磁場(chǎng)方向與試樣的軋制方向的夾角為90°。

步驟1：配料，用機(jī)械方法去除al、co、cr、fe和ni表面的氧化皮，并超聲波清洗；根據(jù)al0.3cocrfeni高熵合金的摩爾百分比精確稱(chēng)量al、co、cr、fe和ni原料并混合，得到al、co、cr、fe和ni原料的混合物；

步驟2：熔煉合金錠，在氬氣的保護(hù)下用非自耗電弧熔煉爐制備出cr-ni中間合金錠，然后再將其它金屬原料和中間合金錠一同放入真空感應(yīng)熔煉爐中制備出al0.3cocrfeni高熵合金錠；

步驟3：均勻化處理，將合金錠切割成10mm×5mm×80mm的塊狀樣，對(duì)塊狀試樣進(jìn)行1200℃下保溫10h均勻化處理，改善鑄態(tài)試樣的組織均勻性；

步驟4：軋制，將均勻化處理后的合金塊狀樣進(jìn)行冷軋變形。合金冷軋?jiān)谑覝叵逻M(jìn)行，使用同步軋機(jī)對(duì)al0.3cocrfeni高熵合金塊狀樣進(jìn)行冷軋，以實(shí)現(xiàn)50％變形量；

步驟5：強(qiáng)磁場(chǎng)退火，將冷軋后的試樣進(jìn)行退火實(shí)驗(yàn)并施加強(qiáng)磁場(chǎng)。試樣放置在磁場(chǎng)的中心位置，退火溫度為700℃，退火時(shí)間為1h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為12t，磁場(chǎng)方向與試樣的軋制方向的夾角為0°。

試樣的平均晶粒尺寸為1.07μm，試樣的室溫硬度約為325hv，施加強(qiáng)磁場(chǎng)退火試樣的延伸率較高，合金塑性較高。

實(shí)施例5

選取al、co、cr、fe、ni元素為原料，x取值為0.7，五種元素的摩爾比為0.7:1:1:1:1(記為al0.7cocrfeni)，其中al的摩爾百分比為14.9％，co、cr、fe、ni的含量相同。所述的al、co、cr、fe和ni均為純度不低于99.9％wt％的固態(tài)純?cè)?。軋制?5％，退火溫度為700℃，退火時(shí)間為1h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為12t，磁場(chǎng)方向與試樣的軋制方向的夾角為90°。

步驟1：配料，用機(jī)械方法去除al、co、cr、fe和ni表面的氧化皮，并超聲波清洗；根據(jù)al0.7cocrfeni高熵合金的摩爾百分比精確稱(chēng)量al、co、cr、fe和ni原料并混合，得到al、co、cr、fe和ni原料的混合物；

步驟2：熔煉合金錠，在氬氣的保護(hù)下用非自耗電弧熔煉爐制備出cr-ni中間合金錠，然后再將其它金屬原料和中間合金錠一同放入真空感應(yīng)熔煉爐中制備出alcocrfeni高熵合金錠；

步驟3：均勻化處理，將合金錠切割成10mm×10mm×80mm的塊狀樣，對(duì)塊狀試樣進(jìn)行1200℃下保溫10h均勻化處理，改善鑄態(tài)試樣的組織均勻性；

步驟4：軋制，將均勻化處理后的合金塊狀樣進(jìn)行冷軋變形。合金冷軋?jiān)谑覝叵逻M(jìn)行，使用同步軋機(jī)對(duì)al0.7cocrfeni高熵合金塊狀樣進(jìn)行冷軋，以實(shí)現(xiàn)95％變形量。

步驟5：強(qiáng)磁場(chǎng)退火，將冷軋后的試樣進(jìn)行退火實(shí)驗(yàn)并施加強(qiáng)磁場(chǎng)。試樣放置在磁場(chǎng)的中心位置，退火溫度為700℃，退火時(shí)間為1h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為12t，磁場(chǎng)方向與試樣的軋制方向的夾角為90°。

試樣的平均晶粒尺寸為1.25μm，試樣的室溫硬度約為450hv，施加強(qiáng)磁場(chǎng)退火試樣的延伸率較高，合金塑性較高。

實(shí)施例6

選取al、co、cr、fe、ni元素為原料，x取值為1，五種元素的摩爾比為1:1:1:1:1(記為alcocrfeni)，其中al的摩爾百分比為20％，co、cr、fe、ni的含量相同。所述的al、co、cr、fe和ni均為純度不低于99.9％wt％的固態(tài)純?cè)?。軋制?5％，退火溫度為700℃，退火時(shí)間為1h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為6t，磁場(chǎng)方向與試樣的軋制方向的夾角為90°。

步驟1：配料，用機(jī)械方法去除al、co、cr、fe和ni表面的氧化皮，并超聲波清洗；根據(jù)alcocrfeni高熵合金的摩爾百分比精確稱(chēng)量al、co、cr、fe和ni原料并混合，得到al、co、cr、fe和ni原料的混合物；

步驟2：熔煉合金錠，在氬氣的保護(hù)下用非自耗電弧熔煉爐制備出cr-ni中間合金錠，然后再將其它金屬原料和中間合金錠一同放入真空感應(yīng)熔煉爐中制備出alcocrfeni高熵合金錠；

步驟3：均勻化處理，將合金錠切割成10mm×10mm×80mm的塊狀樣，對(duì)塊狀試樣進(jìn)行1200℃下保溫10h均勻化處理，改善鑄態(tài)試樣的組織均勻性；

步驟4：軋制，將均勻化處理后的合金塊狀樣進(jìn)行冷軋變形。合金冷軋?jiān)谑覝叵逻M(jìn)行，使用同步軋機(jī)對(duì)alcocrfeni高熵合金塊狀樣進(jìn)行冷軋，以實(shí)現(xiàn)95％變形量；

步驟5：強(qiáng)磁場(chǎng)退火，將冷軋后的試樣進(jìn)行退火實(shí)驗(yàn)并施加強(qiáng)磁場(chǎng)。試樣放置在磁場(chǎng)的中心位置，退火溫度為700℃，退火時(shí)間為1h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為12t，磁場(chǎng)方向與試樣的軋制方向的夾角為90°。

試樣的平均晶粒尺寸為1.03μm，試樣的室溫硬度約為365hv，施加強(qiáng)磁場(chǎng)退火試樣的延伸率較高，合金塑性較高。

實(shí)施例7

選取al、co、cr、fe、ni元素為原料，x取值為0.3，五種元素的摩爾比為0.3:1:1:1:1(記為al0.3cocrfeni)，其中al的摩爾百分比為6.9％，co、cr、fe、ni的含量相同。所述的al、co、cr、fe和ni均為純度不低于99.9％wt％的固態(tài)純?cè)?。軋制?5％，退火溫度為700℃，退火時(shí)間為0.5h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為12t，磁場(chǎng)方向與試樣的軋制方向的夾角為0°。

步驟1：配料，用機(jī)械方法去除al、co、cr、fe和ni表面的氧化皮，并超聲波清洗；根據(jù)al0.3cocrfeni高熵合金的摩爾百分比精確稱(chēng)量al、co、cr、fe和ni原料并混合，得到al、co、cr、fe和ni原料的混合物；

步驟2：熔煉合金錠，在氬氣的保護(hù)下用非自耗電弧熔煉爐制備出cr-ni中間合金錠，然后再將其它金屬原料和中間合金錠一同放入真空感應(yīng)熔煉爐中制備出alcocrfeni高熵合金錠；

步驟3：均勻化處理，將合金錠切割成10mm×10mm×80mm的塊狀樣，對(duì)塊狀試樣進(jìn)行1200℃下保溫10h均勻化處理，改善鑄態(tài)試樣的組織均勻性；

步驟4：軋制，將均勻化處理后的合金塊狀樣進(jìn)行冷軋變形。合金冷軋?jiān)谑覝叵逻M(jìn)行，使用同步軋機(jī)對(duì)alcocrfeni高熵合金塊狀樣進(jìn)行冷軋，以實(shí)現(xiàn)95％變形量；

步驟5：強(qiáng)磁場(chǎng)退火，將冷軋后的試樣進(jìn)行退火實(shí)驗(yàn)并施加強(qiáng)磁場(chǎng)。試樣放置在磁場(chǎng)的中心位置，退火溫度為700℃，退火時(shí)間為0.5h，強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為6t，方向與試樣的軋制方向的夾角為0°。

試樣的平均晶粒尺寸為1.48μm，試樣的室溫硬度約為335hv，施加強(qiáng)磁場(chǎng)退火試樣的延伸率較高，合金塑性較高。