[发明专利]高铝高钛含量纳米共格沉淀强化的CoCrNi基中熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高铝高钛含量纳米共格沉淀强化的CoCrNi基中熵合金及其制备方法，属于中熵合金技术领域。本发明所述的高铝高钛含量纳米共格沉淀强化的CoCrNi基中熵合金，组成为Co₃₇Cr₁₄Ni₃₇Al₆Ti₆(at.%)，其含有纳米共格析出结构(Ni,Co,Cr)₃(Al,Ti)。本发明所述的高铝高钛含量纳米共格沉淀强化的CoCrNi基中熵合金，兼具大塑性、高强度以及显著的加工硬化，具有优异的综合力学性能，满足现代工业技术对材料应用的要求；同时本发明提供了一种简单便捷的制备方法。

技术领域

本发明涉及一种高铝高钛含量纳米共格沉淀强化的CoCrNi基中熵合金及其制备方法，属于中熵合金技术领域。

背景技术

现代工业技术的快速发展，对结构材料提出了越来越严格的要求，特别是在航空航天和海洋工业等极端条件下，目前开发具有优异性能的新型结构材料仍然是一个艰巨的挑战。值得欣慰的是，含有多主元的中、高熵合金作为一个崭新的研究与应用领域，为探索性能优异的新型结构材料开辟了广阔的空间。特别是具有单相面心立方(FCC)结构的中、高熵合金，由于其优异的性能，如优良的延展性，良好的耐腐蚀性能和高的辐射耐受性等，引起了材料科学界和力学界的广泛关注。然而，在工程应用中，这些单相FCC结构往往塑性过剩，其室温强度特别是屈服强度普遍不足。故而，寻求合适的设计使这些单相FCC结构中、高熵合金同时具备高强度和良好的延展性至关重要。

近年来，通过在复杂合金体系中可控地引入多组分金属间化合物纳米颗粒这一设计策略已用于单相FCC结构中、高熵合金。与传统合金相比，这些多组分L1₂型纳米粒子增强的FCC结构的中/高熵合金构成了一类独特的沉淀强化合金。纳米粒子、基体以及它们之间的共格界面独特的结构特征，使得合金既能充分发挥金属间化合物纳米粒子的强化作用，又能保持较高的加工硬化率和塑性变形稳定性，具有获得优异力学性能的巨大潜力。

值得注意的是，与四元或五元单相FCC结构的高熵合金相比，三元CoCrNi中熵合金在室温和低温下具有更高的加工硬化性、优良的延展性和断裂韧性。但是与众多FCC中、高熵合金一样，CoCrNi合金具有延展性过剩，屈服强度和拉伸强度偏低的特性。因此，将CoCrNi作为基体进行合理的成分设计，通过高浓度的Al元素和Ti元素的添加，使得合金析出大量纳米尺度的与基体共格的粒子，大幅度提升其强度、加工硬化和塑性，获得一种性能优良的合金。然而，目前在合金中加入6at.%（原子百分比）以上的Al和Ti元素，包括中熵和高熵合金，只有香港城市大学刘锦川教授的（NiCoFe）₈₆Al₇Ti₇和（NiCoFe）₈₆Al₈Ti₆中熵合金（T. Yang, Y.L. Zhao, Y. Tong, Z.B. Jiao, J. Wei, J.X. Cai, X.D. Han, D. Chen,A. Hu, J.J. Kai, K. Lu, Y. Liu, C.T. Liu, Multicomponent intermetallicnanoparticles and superb mechanical behaviors of complex alloys, Science 362(6417) (2018) 933-937.）。这两个中熵合金在基体中析出大量的纳米共格沉淀，尤其是（NiCoFe）₈₆Al₇Ti₇合金，性能提升显著，屈服强度从200MPa提升至1100MPa，塑性从30%提升至50%。这激发了研究人员在中熵或者高熵合金中加入大量Al和Ti元素的兴趣。