[发明专利]一种低成本高强高韧中熵合金及制备方法

说明书

本发明涉及一种低成本高强高韧中熵合金及制备方法，合金的成分为(Ni₂FeCr)_100‑x‑yAl_xTi_y，Ni、Fe、Cr元素的摩尔比为2:1:1,元素Al、Ti的原子百分比分别为2≤x≤4at.％，2≤y≤4at.％。合金的制备工艺为：将各构成元素按照名义成分称重混合，通过真空熔炼以及适当的变形‑热处理工艺获得。本发明的合金材料具有纳米尺度γ′相弥散分布在FCC基体中的结构特征。本发明的中熵合金具有低成本、高强度、高塑性，以及优异的热稳定性等性能特点。

技术领域

本发明属于金属材料及其制备技术领域，涉及一种低成本高强高韧中熵合金及制备方法。

背景技术

多主元合金突破了传统合金的设计理念，为设计高性能金属材料提供了一条有效的途径。多主元合金根据其组元混合熵，可分为高熵合金(ΔS_mix≥1.5R)和中熵合金(1R＜ΔS_mix＜1.5R)。高熵、中熵合金多组元混合以及原子排列化学无序的结构特性，使其显示出有别于传统金属的独特性能，如高构成熵、大晶格畸变以及原子扩散缓慢等效应，进而表现出一系列优异的力学和物理性能，具有广泛的应用前景。

面心立方结构(FCC)高熵、中熵合金是当前研究最为广泛的高熵合金体系。FCC结构高熵、中熵合金具有高损伤容限、良好的抗辐照能力、优异的低温性能以及高耐磨、耐腐蚀性能等一系列优异的性能，可以作为理想的工程结构材料。然而FCC结构高熵合金表现出强度-塑性严重不匹配的现象，例如纯CrCoNi中熵合金，室温下的屈服强度只有近430MPa，而延伸率高达72％。这种强度-塑性的矛盾严重制约了FCC结构高熵、中熵合金的发展与应用。析出强化作为最有效的强化手段被广泛用于高熵、中熵合金的强韧化过程中，然而当前开发的高性能析出强化高熵、中熵合金多数含有价格高昂的Co元素，这无疑会减缓高熵、中熵合金的工业化进程。本发明设计了一种无Co的中熵合金体系，并通过变形-热处理工艺的有效配合引入纳米尺度的γ′相进行强化，不仅可以降低成本，而且可以获得高强度、高塑性以及热稳定良好的性能组合，具有广泛的应用前景。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种低成本高强高韧中熵合金及制备方法，针对高熵、中熵合金强度-塑性不能兼得的难题，而且成本高昂的问题，设计低成本高强高韧的中熵合金体系，并通过适当的形变-热处理方法引入纳米尺度的共格析出相进行强化。本发明为高熵、中熵合金的低成本化以及获得高强高韧的匹配性能提供了技术指导，将推进高熵、中熵合金的工程应用。

技术方案

一种低成本高强高韧中熵合金，其特征在于合金成分为：(Ni₂FeCr)_100-x-yAl_xTi_y，其中：Ni、Fe、Cr元素的摩尔比为2:1:1，Al、Ti元素的原子百分比为2≤x≤4at.％，2≤y≤4at.％。

一种所述低成本高强高韧中熵合金的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、熔炼：将各金属配料置于真空感应熔炼炉中，加热至1650～1700℃并保温20～30分钟，然后倾倒在钢模中冷却，得到中熵合金铸锭；

所述各金属配料按照Ni、Fe、Cr元素的摩尔比为2:1:1，Al、Ti元素的原子百分比为2≤x≤4at.％，2≤y≤4at.％；

步骤2、变形-热处理工艺：将所得的均匀化铸锭进行冷变形处理，然后将冷变形的中熵合金进行固溶和时效处理，获得所述低成本高强高韧中熵合金材料。

所述各金属配料采用Ni、Fe、Cr、Al和Ti金属块作为原材料。

所述各金属块经过研磨去除原材料表面的氧化膜，然后依次置于丙酮、酒精中进行超声清洗后干燥。