[发明专利]一种G相析出强化高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种G相析出强化高熵合金及其制备方法，所述高熵合金的化学成分按原子百分比范围为：Co：15‑25 at.%，Ni：15‑25 at.%，Cr：5‑10 at.%，Si：5‑10 at.%，Ti：3‑5 at.%，其余为Fe。所述制备方法包括：基于相图的合金设计、熔炼成型、塑性变形工艺和热处理工艺，通过以上步骤，在高熵合金中析出了大量球状纳米级G相析出物，均匀弥散分布于FCC基体相，该相属于硬质相，可有效地提高基体性能。本发明所述G相析出强化高熵合金具有高硬度（600‑800 HV）和高压缩强度（1500‑2500 MPa），在具有高强度或高硬度要求的部件上有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种合金及其制备方法，尤其涉及一种G相析出强化高熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金由于其优异的强度，硬度，耐腐蚀性和抗辐射性能，近年来获得了广泛的关注。高熵合金最初的定义是由五个或五个以上的元素以等原子比或近等原子比合金化，得到单相固溶体结构。高熵合金能形成单相结构而不是复杂结构的原因通常被认为与热力学中的高熵效应有关。近几年的研究表明，非等原子比的多主元合金也能具有高熵合金的特性。

但单相固溶体结构的高熵合金不足以工业化应用，体心立方和密排六方结构的高熵合金通常具有较高的强度和硬度，但是塑性较差，面心立方结构的高熵合金通常具有较高的塑性，但是强度和硬度较低。为了设计性能优良的高熵合金，通常采用增强面心立方基体的策略，析出强化就是一种很有效的强化方式。目前研究的比较多的析出相有L12相，B2相和σ相等，其中，G相表现出立方晶体结构(Fm3m)，晶格参数几乎是BCC铁氧体的4倍，由于其与面心立方基体的共格性，可以在基体中析出极高质量密度的纳米级沉淀，从而使合金具有较高的强度和硬度。而G相作为一种很有潜力的析出相还没有被用于强化高熵合金。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种高强度、高硬度的G相析出强化高熵合金；本发明的另一目的是提供一种所述G相析出强化高熵合金的制备方法。

技术方案：本发明所述的G相析出强化的高熵合金，其化学成分按原子百分比范围为：Co：15-25 at.%，Ni：15-25 at.%，Cr：5-10 at.%，Si：5-10 at.%，Ti：3-5 at.%，其余为Fe。

所述G相析出强化的高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）基于相图的合金设计：选定金属元素，采用热力学软件，绘制含有G相析出相的热力学相图，并确定高熵合金中各元素的原子百分比范围；

（2）熔炼浇注：按照理论计算的合金成分，称量Fe，Co，Ni，Cr，Si，Ti作为原材料，并将原料放入真空感应熔炼炉中，抽真空后引入磁搅拌，重复熔炼，等合金熔化为流动性较好的液态后，迅速倾倒于模型中，最后随炉冷却成圆柱状铸锭；

（3）塑性变形工艺

均匀化处理：将熔炼完的铸锭置于管式炉中，在氩气氛围下保温后水冷，使得铸锭中的元素均匀分布；

冷轧：将圆柱形铸锭用线切割的方法进行分割，采用多道次轧制的方法，最终获得板材。

（4）热处理工艺

时效处理：将轧制板材切成块状置于管式炉中，控制时效处理的温度及时间，确保合金中析出纳米级G相析出相。

进一步地，步骤（2）中所述真空感应熔炼炉的炉温为1500-2000 ℃，抽真空后的真空度≤5×10^-4 Pa；所述高熵合金在熔炼时的熔炼电流为300-500 A，重复熔炼次数≥5次；所述原料纯度大于99.99%。

进一步地，步骤（3）中所述管式炉的均匀化温度为1000-1200 ℃，保温时间为12-24 h；所述冷轧过程中，轧机的轧辊速度为200-400 r/min，轧制量控制在30-70%，所述板材厚度为5-10 mm。