具有彌散納米析出相強化效應(yīng)的高熵合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及高熵合金領(lǐng)域，具體地說是涉及一類以常見金屬（如鐵、鋁、鈷、鎳、 鈦、鉻、錳、銅）為組元，通過合適的成分設(shè)計和后續(xù)處理工藝制得具有彌散納米析出第二 相的高熵合金，從而獲得優(yōu)異的室溫拉伸性能（高的強度及塑性，或強塑積）以及突出的高 溫流變及蠕變性能。
【背景技術(shù)】：
[0002] 不同于常規(guī)金屬材料，高熵合金沒有單一主元，而是由多主元（每種組元摩爾 含量均為10%到35%之間）共同構(gòu)成的合金體系，具有高混合熵、大晶格畸變及相應(yīng) 的固溶強化、緩慢擴(kuò)散等特殊性質(zhì)，因此，其各方面力學(xué)性能非常優(yōu)異，主要包括壓縮強 度、硬度、耐磨性能等。然而，對于高熵合金涉及工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用比較重要的拉伸性能卻鮮 有報道，目前僅有的少數(shù)相關(guān)文獻(xiàn)，也主要集中在單一 FCC(面心立方）相結(jié)構(gòu)（例如 FeCoNiCrMn)，單一 BCC (體心立方）相結(jié)構(gòu)（例如TiZrHfNb)，以及雙相FCC+BCC高熵合金， 如（?6〇〇附01\&〇10〇14]^，叉=0~2〇31:.%上。？(^類高；1；商合金塑性好，可達(dá)到50%~60% 的斷后延伸率，但是抗拉強度不高（500MPa左右），BCC類抗拉強度較高（800~900MPa)， 但是塑性不理想（5~15%斷后延伸率）；雙相高熵合金則由于其本身的"枝晶"之間的簡 單復(fù)合，從而使得其強度和塑性基本介于二者之間，同樣不能滿足強度塑性上的雙重要求。 因此，在高熵合金具有強固溶強化特點的前提下，如何將拉伸強度、塑性同時提高到一個較 高的水平（抗拉強度> 900MPa，塑性延伸率> 20 % )，是目前高熵合金研宄中的重要課題之 〇
[0003] 此外，高溫下FCC高熵合金的緩慢擴(kuò)散效應(yīng)已得到了證實，這對于該高熵合金的 高溫服役和應(yīng)用至關(guān)重要。然而，F(xiàn)eCoNiCrMn高熵合金的高溫流變實驗表明，僅憑借單一 FCC基體的晶格畸變和緩慢擴(kuò)散效應(yīng)，在高溫下并不能得到較高強度，因此，需要引入其它 合金強化機(jī)制，進(jìn)一步提高FCC類高熵合金高溫強度和流變抗力，以改善其高溫服役性能。
[0004] 傳統(tǒng)的高強鋼、耐熱鋼以及鎳基高溫合金的研宄結(jié)果表明，通過合適的第二相粒 子彌散強化是提高室溫及高溫力學(xué)性能的有效途徑。因此，在高熵合金中引入第二相強化 可能是解決目前高熵合金室溫、高溫力學(xué)性能不足的有效手段之一。本發(fā)明通過合理地調(diào) 節(jié)合金成分和后續(xù)的冷加工及熱處理工藝，制備出具有均勻彌散分布的納米尺度第二相粒 子的高熵合金，其室溫及高溫力學(xué)性能均大幅度提高。由于本發(fā)明所采用的是普通且無毒 害的常規(guī)金屬原料，所制備的高熵合金具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，因而具有廣闊的應(yīng)用前 景。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 本
【發(fā)明內(nèi)容】
：提供了一種獲得納米尺度、均勻彌散分布的第二相粒子的高熵合金 的制備方法，通過在FCC高熵合金中引入納米析出強化效應(yīng)，在不降低優(yōu)異的塑性的同時， 得到較高的室溫拉伸強度。由于控制析出的第二相納米粒子具有良好的高溫?zé)岱€(wěn)定性，其 均勻彌散析出顯著提高了材料高溫強度，改善了高溫蠕變性能。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種彌散納米析出相強化的高熵合 金，該高摘合金成分的表達(dá)式為而￡1(：〇13附。0(^；1;[/1 (1(原子摩爾比），其中|/[為此、(：11、211、 Au、Ag、Pd、Pt、V、Ta、Cr、W、Mo、Y、Hf、Nb 中的一種或幾種，其中 0 彡 a 彡 35,0 彡 b 彡 35， 0 彡 c 彡 35,0 彡 d 彡 35,0 彡 e 彡 35,0 彡 p 彡 10,0 彡 q 彡 10,且 a+b+c+d+e+p+q = 100。 [0007] 進(jìn)一步，該高熵合金成分的表達(dá)式為：FeaC〇bNieCr dKgTipAlq(原子摩爾比），其中 K為稀土元素中的一種或幾種，其中0彡a彡35,0彡b彡35,0彡c彡35,0彡d彡35， 10,0<p< 10,0<q< 10,且 a+b+c+d+g+p+q = 100。
[0008] 本發(fā)明的另一目的是提供了一種上述彌散納米析出強化的高熵合金的制備方法， 步驟如下：
[0009] 1)配料：按照上述成分方案采用工業(yè)純金屬元素（純度大于99. 9% )配比成分。 [0010] 2)鑄錠：在鈦吸氧的氬氣保護(hù)氣氛的電弧爐中，將步驟1)中的各組分配料熔煉混 合均勻，之后在爐內(nèi)冷卻得到所需要的母合金鑄錠。
[0011] 3)漏鑄：使用惰性氣體保護(hù)的金屬型鑄造方法，將步驟2)制得的母合金鑄錠重 新熔化，利用電弧爐中的漏鑄裝置，將母合金的熔體鑄入水冷金屬模中，得到初始高熵合金 錠。
[0012] 4)冷加工：將初始高熵合金錠進(jìn)行冷軋?zhí)幚?，乳制變形量?0 %~50%。
[0013] 5)熱處理：將冷加工后的高熵合金置于900 °C~1100 °C的熱處理爐中，保溫 0. 5~2小時后，淬火；再置于700°C~800°C的熱處理爐中，保溫2~18小時后，淬火，獲 得彌散納米析出相強化的高熵合金材料。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點：
[0015] 1、本發(fā)明所提供彌散納米析出相強化的高熵合金具有優(yōu)異的室溫和高溫拉伸性 能，室溫抗拉強度大于900MPa、拉伸塑性大于30% ;高溫流變強度在800°C，應(yīng)變速 率下能達(dá)到400MPa ;750°C、100MPa應(yīng)力下穩(wěn)態(tài)蠕變速率彡1(T8。
[0016] 2、本發(fā)明所提供的一系列彌散納米析出相強化的高熵合金具有大的成分范圍，寬 泛的制備條件；可以通過對合金成分和后續(xù)冷加工熱處理兩方面的調(diào)整，來獲得不同納米 析出相尺寸、體積分?jǐn)?shù)的合金，因而能夠?qū)辖鸬牧W(xué)性能進(jìn)行調(diào)控。
[0017] 3、本發(fā)明提供的彌散納米析出強化的高熵合金都是通過普通的金屬原料制備的， 不含鉛、鈹?shù)扔卸窘饘僭?，因而在?yīng)用中具有安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0018] 圖lFeaC〇bNieCr dTipAlq高熵合金的XRD圖譜，其中分別顯示Alloy 0，Alloyl，Alloy 2, Alloy 3 的鑄態(tài)（As-cast)以及最終態(tài)（bp)的 XRD 結(jié)果。
[0019] 圖2FeaCobNi eCrdTipAlq高熵合金的SEM組織照片，其中分別顯示了 AlloyO, 1，2, 3 的鑄態(tài)（As-cast)以及最終態(tài)（bp)的組織照片。
[0020]圖 3Fe23.5Co23.5Ni23. 5Cr23.5Ti3Al3(Alloy 3)高熵合金的 TEM 組織照片，其中左邊是 其明場像，右邊是納米析出相的暗場像以及相應(yīng)的選取電子衍射（SAED)斑點；
[0021] 圖AFeaCObNi^rJi/l^熵合金的室溫拉伸性能曲線，其中分別顯示了 Alloy 0, 2 的鑄態(tài)（As-cast)(黑色曲線）以及最終態(tài)（BP)(紅色曲線）的拉伸結(jié)果。
[0022] 圖 5Fe23.5Co23 5Ni23.5Cr23 5Ti2Al4(Alloy 2)高熵合金的 750°C、100MPa 空氣氣氛條 件下的蠕變曲線（仍未結(jié)束），穩(wěn)態(tài)蠕變速率為7. 74X 1(T9。
[0023] 圖6Fe23.5C〇23.5Ni23.5Cr 23.5Ti2Al4高熵合金蠕變持續(xù)時間大于650小時，穩(wěn)態(tài)蠕變速 率為7. 74X10_9曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。
[0025] 實施例1 :FeaC〇bNieCrdTipAl q高熵合金的制備和微觀組織
[0026] 采用市售純度高于99.9%(質(zhì)量百分比）的普通純金屬？6、0)、附、0、11、41，按 組成公式Fe aCobNicCrdTipAl q (原