[发明专利]低Al含量、高强韧性、耐酸腐蚀的高熵合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种低Al含量、高强韧性、耐酸腐蚀的高熵合金及其制备方法，涉及高熵合金材料技术领域，该高熵合金的化学组成为Al_xCoCrFeMnNi，其中x为Al元素的质量比，取值范围为4.5‑5.5％。本发明以CoCrFeMnNi高熵合金粉体和Al粉为原料，采用粉末冶金法实现了一种富含Cr和Mn元素BCC相可控的具有FCC和BCC双相结构的高熵合金，其中BCC相所占的体积比在11.2‑16.2％之间。本发明制备的高熵合金表现出较高的强度、良好的塑性和耐腐蚀性，而且其制备方法工艺简单、成本较低、实用性强以及便于推广。

技术领域

本发明涉及高熵合金材料技术领域，具体涉及一种低Al含量、高强韧性、耐酸腐蚀的高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金(High-entropyAlloys,HEAs)又称多主元合金(MultiprincipalElementAlloys,MEAs)，该类新型合金打破传统合金以一种或两种元素为主的合金设计理念，至少包含五种主要元素，每种组成元素的原子百分比在5％～35％之间，且组元之间没有明显的溶质或溶剂之分。高熵合金的多主元所产生的高熵效应、缓慢扩散效应、晶格扭曲效应和鸡尾酒效应有利于形成简单晶体结构，如面心立方(FCC)、体心立方(BCC)或密排六方(HCP)结构的固溶体相。2004年，Cantor教授首次发表了采用电弧熔炼法制备的具有单一FCC结构的CoCrFeMnNi高熵合金，该合金也被称为Cantor合金。到目前为止，国内外科研工作者已经报道了四百多种全新的高熵合金体系。现有研究表明，FCC结构的高熵合金具有良好的热力学稳定性、超强的延展性和显著的加工硬化性能，但是强度低；BCC结构的高熵合金，强度高，但是延展性较差。因此具有FCC和BCC双相结构的高熵合金，引起了人们的广泛关注。但是如何在FCC结构中引入BCC相或者在BCC结构中引入FCC相？如何进一步细化晶粒尺寸、调控微观结构？这些问题成为制约高熵合金应用的瓶颈，急需解决。

目前已有研究者采用真空电弧熔炼、铜模吸铸和真空感应熔炼等传统方法制备了具有FCC和BCC双相结构的高熵合金，如He等采用真空电弧熔炼制备了上述双相结构的(FeCoNiCrMn)_100-xAl_x(x8)高熵合金(J.Y.He,W.H.Liu,H.Wang,Y.Wu,X.J.Liu,T.G.Nieh,Z.P.Lu,Effects of Al addition on structural evolution and tensile propertiesof the FeCoNiCrMnhigh-entropy alloy system,ActaMater.62(2014)105-113.)。Kumar等开发的上述双相结构的AlCuCrFeMnW高熵合金(D.Kumar,O.Maulik,S.Kumar,Y.V.S.S.Prasad,V.Kumar,Phase and thermal study of equiatomic AlCuCrFeMnW highentropy alloy processed via spark plasma sintering,Mater.Chem.Phys.210(2018)71-77.)。但是上述方法不可避免地存在熔炼温度较高、冷却速率有限等缺点，从而导致所制备的高熵合金产生组分偏析、晶粒粗大、缩松和气孔等缺陷，使得强塑性之间不匹配的问题；同时上述方法制备的HEAs有限的形状和尺寸也限制了其应用。

本发明为了改善具有单一FCC结构Cantor合金CoCrFeMnNi强度低的缺点，以气雾化CoCrFeMnNi高熵合金粉体和金属Al粉为原料，采用粉末冶金法可控制备出BCC相富含Cr和Mn元素BCC相富含Cr和Mn元素的具有FCC和BCC双相结构的低Al含量的高熵合金，该高熵合金表现出优异的综合力学性能，即同时具有较高的强度以及良好的塑性和耐腐蚀性，而且其制备工艺简单、成本较低、实用性强和便于推广，因此在工程结构材料领域具有广阔的应用前景。

发明内容

(一)解决的技术问题