[发明专利]具有高含量纳米级的魏氏体组织的高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有高含量纳米级的魏氏体组织的高熵合金及其制备方法，属于高熵合金领域。该方法是将金属材料按照配比精确称量配料；然后在电弧炉中熔炼8遍左右，得到母合金锭。将母合金锭封管置于1200℃的热处理炉中，保温12小时，淬火；然后置于800～1000℃的热处理炉中，保温1～4小时，淬火。本发明通过优化合金成分及热处理工艺，制备得到一种高含量纳米级的魏氏体组织的高熵合金，为高熵合金的第二相析出提供了全新的方向。

技术领域

本发明涉及一种具有高含量纳米级的魏氏体组织的高熵合金及其制备方法，属于高熵合金领域。

背景技术

高熵合金的发展被认为是最近几十年来合金化理论的三大突破之一，多组元高熵合金的设计思路不同于传统的合金，通过适当调节组元的种类和含量可以开发出大量具有特殊性能的合金体系，而且高熵合金往往具有优良的综合力学性能、物理性能和化学性能。因此，综合考虑高熵合金的实用性、可加工性以及环保性，高熵合金作为结构材料和功能材料都具有广泛的前景。众所周知，组织决定性能，而析出强化是提升工程结构材料的最有效方式之一。第二相的形态和尺寸均对性能产生一定影响，高含量的纳米级的第二相能显著提高合金的力学性能，如强度和塑性，目前关于析出强化高熵合金的第二相形貌较为单一，主要以颗粒状为主，且析出相含量较低，对高熵合金的强化效果不显著。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高含量纳米级的魏氏体组织的高熵合金及其制备方法。本发明通过设计一类新型的高熵合金成分并调控热处理工艺，制备出具有高含量纳米级的魏氏体组织。由于魏氏体组织在高熵合金文献中鲜有提及，因而获得具有纳米级第二相析出魏氏体形貌组织将为高熵合金的第二相析出提供一个全新的研究方向。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种具有高含量纳米级的魏氏体组织的高熵合金，成分表达式为：Fe_aCo_bNi_cV_dM_e(原子摩尔比)，其中M为Al、Ti、Ta、Mo、Hf、Nb、Zr中的一种或几种，其中10≤a≤40，10 ≤b≤40，10≤c≤40，1≤d≤10，1≤e≤10，且a+b+c+d+e＝100，需保证8.7≤价电子浓度(OVEC)≤8.9。

所述高熵合金成分的原子百分比表达式为FeaCobNicVdTae,a＝20,b＝30,c＝40,d＝6,e＝4。

所述高熵合金成分的原子百分比表达式为FeaCobNicVdNbeTaf,a＝19.7,b＝29.6,c＝39.5, d＝3.5,e＝3.8,f＝3.9。

其中，OVEC为该种合金的总价电子浓度，n为组成该种合金元素种类数量，ci为第i种组元的原子数百分比，VECi为第i种组元的价电子浓度；要求8.7≤价电子浓度(OVEC)≤8.9。

一种具有高含量纳米级的魏氏体组织强化的高熵合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、配料：按照上述成分方案采用工业纯金属元素(纯度大于99.9％)配比成分。

步骤二、熔锭：在钛吸氧的氩气保护气氛下的电弧炉中，将步骤1)中的各组分配料熔炼混合均匀，电弧熔炼8次左右，确保合金成分的均匀，之后再炉内铜坩埚冷却得到所需要的母合金铸锭。

步骤三、固溶处理：将母合金铸锭置于1200℃的热处理炉中，保温12h后，淬火。

步骤四、热处理：将固溶态的合金锭置于800～1000℃的热处理炉中，保温1～4小时后，淬火，获得高含量纳米级的魏氏体组织的高熵合金材料。

有益效果

1、本发明所制备的高熵合金，具有高含量纳米级的魏氏体组织，该组织结构具有较好的强化效果，显著提升合金的硬度和强度。