[发明专利]非共晶成分共晶高熵合金获得全共晶组织和性能调控方法

说明书

本发明公开了一种非共晶成分共晶高熵合金获得全共晶组织和性能调控方法，根据AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金样品实际浓度、熔点以及两相的生长温度定向利用最高界面温度准则和界面响应函数，建立不同生长速度与两相生长温度的预测关系；通过定向凝固得到不同生长速度下定向凝固共晶高熵合金；将不同生长速度下定向凝固共晶高熵合金组织与利用最高界面温度准则和界面响应函数，建立不同生长速度与两相生长温度的预测关系进行对比；对不同生长速度下定向凝固共晶高熵合金进行拉伸性能测试。该方法利用最高界面温度准则和界面响应函数来预测合金凝固过程中的竞争生长现象，从而判断合金最终凝固组织。

技术领域

本发明属于高熵合金定向凝固技术领域，涉及一种预测AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金定向凝固过程中竞争生长及改善合金力学性能的方法，特别涉及一种非共晶成分共晶高熵合金获得全共晶组织和性能调控方法。

背景技术

高熵合金是一种具有优异综合性能的新型合金。共晶高熵合金兼具共晶合金与高熵合金的特点，与传统的高熵合金相比，共晶高熵合金具有高的强度和硬度、良好的高温蠕变性能和抗回火软化性能、优异的耐磨损性能和耐腐蚀性能等，这与合金特有的热力学方面高的混合熵、结构方面严重的晶格畸变以及动力学方面缓慢的扩散三个特征密切相关。因此共晶高熵合金拥有极大的研究价值。2020年《材料导报》34卷9期发表的《共晶高熵合金研究进展》中指出，目前共晶高熵合金的研究方向主要集中在成分设计、制备方法与性能这三个方面。但是对于共晶高熵合金成分设计原理、强化机制、磨损机制及耐蚀机制等还需深入研究，尤其在合金凝固行为与组织调控等方面研究还远远不够。特别地，合金组织结构调控是提升其性能的关键因素。定向凝固作为一种先进制备工艺，使合金组织按照特定方向生长，提高合金的机械性能。同时定向凝固由于具有单向的温度梯度和生长方向，已成为研究共晶合金中相竞争的有效方法。

凝固组织及共晶片层对定向AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金性能有重要影响，因此对AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金凝固行为包括竞争生长现象和片层控制成为定向AlCoCrFeNi_2.1合金研究的重要问题之一。AlCoCrFeNi_2.1定向组织的制备通常主要通过传统Bridgman法定向凝固，其过程原理和特点在2015年科学出版社《航空航天材料定向凝固》中有详细描述。对于AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金定向凝固，期刊《Intermetallics》在2019年113卷发表文章“Phase separation of AlCoCrFeNi_2.1 eutectic high-entropy alloyduring directional solidification and their effect on tensile properties”，通过Bridgman定向凝固法，研究了不同生长速度下合金的组织与力学性能关系，结果表明，抽拉速率对共晶合金的片层排列和力学性能有很大的影响。《Intermetallics》在2020年118卷发表文章“Microstructures and room temperature tensile properties of as-castand directionally solidified AlCoCrFeNi_2.1 eutectic high-entropy alloy”，基于定向凝固技术，通过改变抽拉速率控制，分别获得了AlCoCrFeNi_2.1合金平行于生长方向共晶片层结构，合金的力学性大幅度提高。