[发明专利]一种Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金

说明书

本发明涉及一种Fe‑Mn‑Ni‑Cr四组元高熵合金，它的合金表达式为Fe_aMn_bNi_cCr_d，合金表达式中a、b、c、d分别表示各对应组分的原子百分比含量，且满足以下条件：a为38～57，b为18～37，c为8～15，d为10～17，a+b+c+d=100。本发明Fe‑Mn‑Ni‑Cr四组元高熵合金具有强度高、塑性好，耐腐蚀等一系列优点，且制备工艺简单、生产成本低。

技术领域

本发明属于高熵合金技术领域，具体涉及一种Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金。

背景技术

传统合金通常由一种主要元素和少量其他元素组成 ，例如铝合金、镁合金、钛合金、镍超合金和钢等。由于机械性能或其他性能的要求，例如强度、抗氧化性等，传统工业中应用的合金通常都具有多相结构，而单相结构的材料，例如，纯镍等通常无法满足工业生产的要求。近年来，出现了一种新的合金设计方法，这种新的合金设计方法目的是使混合熵最大化，以产生具有单相固溶体的合金，这种合金称之为高熵合金。这种合金由于等比例混合多种成分，产生了严重的晶格畸变并导致原子的扩散缓慢，这些都有助于提高合金的热稳定性并使合金具有良好的机械性能。为了实现这一目标，最初提出的设计标准是至少五种元素等原子或接近等原子比混合，这些合金通常具有优异的性能，包括高强度、抗热软化性、抗断裂，抗疲劳和耐磨损。在这些合金中，有一种具有代表性且成分复杂但结构简单的合金，这种合金就是等原子比FeNiCoCrMn高熵合金，它最早于2004年由Cantor等人探索，该合金具有单相FCC（面心立方）晶体结构，且表现出高延展性、在照射下具有优异电阻及低温下机械性能较好，但是由于其成本高、屈服强度很低，等原子比FeNiCoCrMn高熵合金仍然不能被选择为将来的结构材料而被广泛应用。

由于钴的价格昂贵并在FeCrCoNiAl中按等原子比均匀分布，文章Design of non-equiatomic medium-entropy alloys中设计了一种去除钴的Fe _x (CrNiAl) _100−x合金并得到了具有BCC+B2相的双相微观组织，正是由于其具有BCC+B2相的双相组织结构，所以该合金的塑性不高。

在文章Utilization of brittle σ phase for strengthening and strainhardening in ductile VCrFeNi high-entropy alloy中研发了一种四组元高熵合金V 20Cr 15 Fe 20 Ni 45，并且通过合理的加工工艺调整可使其屈服强度和抗拉强度分别达到0.82和1.37GPa，延伸率达到43%。但是V的价格昂贵，该合金并不适于工业生产。

在文章Metastable high-entropy dual-phase alloys overcome thestrength-ductility trade-off中设计了一种四组元高熵合金Fe 50 Mn 30 Co 10 Cr10，并优化加工工艺可使该高熵合金的屈服强度超过300MPa，抗拉强度超过800MPa，断裂伸长率超过60%，但是它的钴含量过高，生产成本较高，因此也并不适用于工业化生产。

综上所述，通过合理的成分设计及工艺优化，寻求低成本高性能具有单一结构的固溶体有助于高熵合金的工业化应用。

发明内容

本发明的目的是解决传统高熵合金FeNiCoMnCr生产成本高且室温强度较低等问题，提供了一种Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金，本发明通过去除钴元素，有效的降低了生产成本，并通过调整铁锰比，使合金在室温下诱发产生孪晶，有效的提高了合金在室温下的机械性能。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：