具有彌散納米析出相強(qiáng)化效應(yīng)的高熵合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及高熵合金領(lǐng)域，具體地說是涉及一類以常見金屬（如鐵、鋁、鈷、鎳、 鈦、鉻、錳、銅）為組元，通過合適的成分設(shè)計和后續(xù)處理工藝制得具有彌散納米析出第二 相的高熵合金，從而獲得優(yōu)異的室溫拉伸性能（高的強(qiáng)度及塑性，或強(qiáng)塑積）以及突出的高 溫流變及蠕變性能。
【背景技術(shù)】：
[0002] 不同于常規(guī)金屬材料，高熵合金沒有單一主元，而是由多主元（每種組元摩爾 含量均為10%到35%之間）共同構(gòu)成的合金體系，具有高混合熵、大晶格畸變及相應(yīng) 的固溶強(qiáng)化、緩慢擴(kuò)散等特殊性質(zhì)，因此，其各方面力學(xué)性能非常優(yōu)異，主要包括壓縮強(qiáng) 度、硬度、耐磨性能等。然而，對于高熵合金涉及工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用比較重要的拉伸性能卻鮮 有報道，目前僅有的少數(shù)相關(guān)文獻(xiàn)，也主要集中在單一 FCC(面心立方）相結(jié)構(gòu)（例如 FeCoNiCrMn)，單一 BCC (體心立方）相結(jié)構(gòu)（例如TiZrHfNb)，以及雙相FCC+BCC高熵合金， 如（?6〇〇附01\&〇10〇14]^，叉=0~2〇31:.%上。？(^類高；1；商合金塑性好，可達(dá)到50%~60% 的斷后延伸率，但是抗拉強(qiáng)度不高（500MPa左右），BCC類抗拉強(qiáng)度較高（800~900MPa)， 但是塑性不理想（5~15%斷后延伸率）；雙相高熵合金則由于其本身的"枝晶"之間的簡 單復(fù)合，從而使得其強(qiáng)度和塑性基本介于二者之間，同樣不能滿足強(qiáng)度塑性上的雙重要求。 因此，在高熵合金具有強(qiáng)固溶強(qiáng)化特點(diǎn)的前提下，如何將拉伸強(qiáng)度、塑性同時提高到一個較 高的水平（抗拉強(qiáng)度> 900MPa，塑性延伸率> 20 % )，是目前高熵合金研宄中的重要課題之 〇
[0003] 此外，高溫下FCC高熵合金的緩慢擴(kuò)散效應(yīng)已得到了證實(shí)，這對于該高熵合金的 高溫服役和應(yīng)用至關(guān)重要。然而，F(xiàn)eCoNiCrMn高熵合金的高溫流變實(shí)驗(yàn)表明，僅憑借單一 FCC基體的晶格畸變和緩慢擴(kuò)散效應(yīng)，在高溫下并不能得到較高強(qiáng)度，因此，需要引入其它 合金強(qiáng)化機(jī)制，進(jìn)一步提高FCC類高熵合金高溫強(qiáng)度和流變抗力，以改善其高溫服役性能。
[0004] 傳統(tǒng)的高強(qiáng)鋼、耐熱鋼以及鎳基高溫合金的研宄結(jié)果表明，通過合適的第二相粒 子彌散強(qiáng)化是提高室溫及高溫力學(xué)性能的有效途徑。因此，在高熵合金中引入第二相強(qiáng)化 可能是解決目前高熵合金室溫、高溫力學(xué)性能不足的有效手段之一。本發(fā)明通過合理地調(diào) 節(jié)合金成分和后續(xù)的冷加工及熱處理工藝，制備出具有均勻彌散分布的納米尺度第二相粒 子的高熵合金，其室溫及高溫力學(xué)性能均大幅度提高。由于本發(fā)明所采用的是普通且無毒 害的常規(guī)金屬原料，所制備的高熵合金具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，因而具有廣闊的應(yīng)用前 景。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 本
【發(fā)明內(nèi)容】
：提供了一種獲得納米尺度、均勻彌散分布的第二相粒子的高熵合金 的制備方法，通過在FCC高熵合金中引入納米析出強(qiáng)化效應(yīng)，在不降低優(yōu)異的塑性的同時， 得到較高的室溫拉伸強(qiáng)度。由于控制析出的第二相納米粒子具有良好的高溫?zé)岱€(wěn)定性，其 均勻彌散析出顯著提高了材料高溫強(qiáng)度，改善了高溫蠕變性能。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種彌散納米析出相強(qiáng)化的高熵合 金，該高摘合金成分的表達(dá)式為而￡1(：〇13附。0(^；1;[/1 (1(原子摩爾比），其中|/[為此、(：11、211、 Au、Ag、Pd、Pt、V、Ta、Cr、W、Mo、Y、Hf、Nb 中的一種或幾種，其中 0 彡 a 彡 35,0 彡 b 彡 35， 0 彡 c 彡 35,0 彡 d 彡 35,0 彡 e 彡 35,0 彡 p 彡 10,0 彡 q 彡 10,且 a+b+c+d+e+p+q = 100。 [0007] 進(jìn)一步，該高熵合金成分的表達(dá)式為：FeaC〇bNieCr dKgTipAlq(原子摩爾比），其中 K為稀土元素中的一種或幾種，其中0彡a彡35,0彡b彡35,0彡c彡35,0彡d彡35， 10,0<p< 10,0<q< 10,且 a+b+c+d+g+p+q = 100。
[0008] 本發(fā)明的另一目的是提供了一種上述彌散納米析出強(qiáng)化的高熵合金的制備方法， 步驟如下：
[0009] 1)配料：按照上述成分方案采用工業(yè)純金屬元素（純度大于99. 9% )配比成分。 [0010] 2)鑄錠：在鈦吸氧的氬氣保護(hù)氣氛的電弧爐中，將步驟1)中的各組分配料熔煉混 合均勻，之后在爐內(nèi)冷卻得到所需要的母合金鑄錠。
[0011] 3)漏鑄：使用惰性氣體保護(hù)的金屬型鑄造方法，將步驟2)制得的母合金鑄錠重 新熔化，利用電弧爐中的漏鑄裝置，將母合金的熔體鑄入水冷金屬模中，得到初始高熵合金 錠。
[0012] 4)冷加工：將初始高熵合金錠進(jìn)行冷軋?zhí)幚?，乳制變形量?0 %~50%。
[0013] 5)熱處理：將冷加工后的高熵合金置于900 °C~1100 °C的熱處理爐中，保溫 0. 5~2小時后，淬火；再置于700°C~800°C的熱處理爐中，保溫2~18小時后，淬火，獲 得彌散納米析出相強(qiáng)化的高熵合金材料。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
[0015] 1、本發(fā)明所提供彌散納米析出相強(qiáng)化的高熵合金具有優(yōu)異的室溫和高溫拉伸性 能，室溫抗拉強(qiáng)度大于900MPa、拉伸塑性大于30% ;高溫流變強(qiáng)度在800°C，應(yīng)變速 率下能達(dá)到400MPa ;750°C、100MPa應(yīng)力下穩(wěn)態(tài)蠕變速率彡1(T8。
[0016] 2、本發(fā)明所提供的一系列彌散納米析出相強(qiáng)化的高熵合金具有大的成分范圍，寬 泛的制備條件；可以通過對合金成分和后續(xù)冷加工熱處理兩方面的調(diào)整，來獲得不同納米 析出相尺寸、體積分?jǐn)?shù)的合金，因而能夠?qū)辖鸬牧W(xué)性能進(jìn)行調(diào)控。
[0017] 3、本發(fā)明提供的彌散納米析出強(qiáng)化的高熵合金都是通過普通的金屬原料制備的， 不含鉛、鈹?shù)扔卸窘饘僭?，因而在?yīng)用中具有安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0018] 圖lFeaC〇bNieCr dTipAlq高熵合金的XRD圖譜，其中分別顯示Alloy 0，Alloyl，Alloy 2, Alloy 3 的鑄態(tài)（As-cast)以及最終態(tài)（bp)的 XRD 結(jié)果。
[0019] 圖2FeaCobNi eCrdTipAlq高熵合金的SEM組織照片，其中分別顯示了 AlloyO, 1，2, 3 的鑄態(tài)（As-cast)以及最終態(tài)（bp)的組織照片。
[0020]圖 3Fe23.5Co23.5Ni23. 5Cr23.5Ti3Al3(Alloy 3)高熵合金的 TEM 組織照片，其中左邊是 其明場像，右邊是納米析出相的暗場像以及相應(yīng)的選取電子衍射（SAED)斑點(diǎn)；
[0021] 圖AFeaCObNi^rJi/l^熵合金的室溫拉伸性能曲線，其中分別顯示了 Alloy 0, 2 的鑄態(tài)（As-cast)(黑色曲線）以及最終態(tài)（BP)(紅色曲線）的拉伸結(jié)果。
[0022] 圖 5Fe23.5Co23 5Ni23.5Cr23 5Ti2Al4(Alloy 2)高熵合金的 750°C、100MPa 空氣氣氛條 件下的蠕變曲線（仍未結(jié)束），穩(wěn)態(tài)蠕變速率為7. 74X 1(T9。
[0023] 圖6Fe23.5C〇23.5Ni23.5Cr 23.5Ti2Al4高熵合金蠕變持續(xù)時間大于650小時，穩(wěn)態(tài)蠕變速 率為7. 74X10_9曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。
[0025] 實(shí)施例1 :FeaC〇bNieCrdTipAl q高熵合金的制備和微觀組織
[0026] 采用市售純度高于99.9%(質(zhì)量百分比）的普通純金屬？6、0)、附、0、11、41，按 組成公式Fe aCobNicCrdTipAl q (原