[发明专利]一种具有优异热改性的Co-Cr-Fe-Ni-V-B共晶高熵合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有优异热改性的Co‑Cr‑Fe‑Ni‑V‑B共晶高熵合金及其制备方法。所述共晶高熵合金的通式为Co_aCr_bFe_cNi_dV_eB_f，其中，0.8≤a≤1.2、0.8≤b≤1.2、0.8≤c≤1.2、1.6≤d≤2.4、0.8≤e≤1.2、0.3≤f≤0.6，a、b、c、d、e和f分别为对应元素的摩尔比。本发明共晶高熵合金通过简单的高温退火热处理，长条状的M₃B₂相被有效地熔断和球化，并呈现为球状形貌，减少了应力集中，使得该合金的断裂韧性得到极大提高，同时拉伸强度依然保持着较高的水平。该共晶高熵合金所展现出显著的热改性特征，在工程结构领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及高熵合金技术，尤其涉及一种具有优异热改性的Co-Cr-Fe-Ni-V-B共晶高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金作为近些年来发展迅猛的一类新型材料，因其优异的力学性能(高强度，高硬度等)和特殊的功能性能(耐辐照性能，软磁性，生物相容性等)，在材料研究领域得到广泛关注，有望成为未来潜在的结构-功能一体化材料。然而，由于高熵合金元素种类多和原子尺寸差异大等因素，使得其在铸造过程中存在流动性差，成分偏析和各种铸造缺陷等弊端。尽管高熵合金由4种及以上主元所组成，但在铸态下依然呈现为单相无序固溶体结构。例如面心立方无序固溶体结构和体心立方无序固溶体结构。对于具有面心立方无序固溶体结构的高熵合金，展现出好的塑性，但强度较低；而对于具有体心立方无序固溶体结构的高熵合金，展现出高的强度，但塑性较差。

针对以上问题，2014年卢一平等人提出了共晶高熵合金概念，并成功设计出AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金。一方面，该合金通过构建软-硬双相结构，解决了高熵合金强塑性匹配差的问题；另一方面，该合金通过共晶反应，改善了高熵合金铸造流动性差和成分偏析等弊端。自首个AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金设计出来以后，多种共晶高熵合金的设计方法和体系得到不断地发展，但就目前已报道的共晶高熵合金成分而言，绝大部分共晶高熵合金设计都是基于金属元素，而非金属化共晶高熵合金设计很少被报道。非金属元素，因其小的原子半径、低的密度和便宜的价格，经常在非晶领域中得到研究，例如专利CN113862722A公开了一种高熵非晶型阳极析氧电极材料及其制备方法，其中，成分为(Fe_0.2Co_0.2Ni_0.2Cr_0.2V_0.2)_100-x B_x。该材料在结构上为非晶态，处于热力学亚稳的无序状态，展现出优异的耐腐蚀性能。但值得注意的是，高熵非晶与共晶高熵合金在本质上存在天壤之别。前者为非晶态材料，没有固定熔点，且难以实现大尺寸制备；而后者则为晶体材料，单一熔点，且容易实现大尺寸制备由于优异的铸造流动性。无论如何，如何设计具有好的铸造流动性和优异强韧性的含非金属元素的共晶高熵合金仍然面临巨大挑战。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前共晶高熵合金非金属化设计被稀少报道等问题，提出一种具有优异热改性的Co-Cr-Fe-Ni-V-B共晶高熵合金。在铸态下，该合金中的硬质相呈现为长条状形貌，严重毒害了该合金的断裂韧性。通过简单的高温退火，长条状硬质相发生熔断和球化现象，并呈现为球状形貌，使得该合金的断裂韧性得到极大地提高，同时拉伸强度几乎没有缩减。该共晶高熵合金展现出的显著的热改性特征，有望在工程结构领域得到广泛应用。本发明共晶高熵合金制备方法简单、安全可靠、经济实用。