[发明专利]具有弥散纳米析出相强化效应的高熵合金及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及高熵合金领域，具体地说是涉及一类以常见金属(如铁、铝、钴、镍、钛、铬、锰、铜)为组元，通过合适的成分设计和后续处理工艺制得具有弥散纳米析出第二相的高熵合金，从而获得优异的室温拉伸性能(高的强度及塑性，或强塑积)以及突出的高温流变及蠕变性能。

背景技术：

不同于常规金属材料，高熵合金没有单一主元，而是由多主元(每种组元摩尔含量均为10％到35％之间)共同构成的合金体系，具有高混合熵、大晶格畸变及相应的固溶强化、缓慢扩散等特殊性质，因此，其各方面力学性能非常优异，主要包括压缩强度、硬度、耐磨性能等。然而，对于高熵合金涉及工业生产应用比较重要的拉伸性能却鲜有报道，目前仅有的少数相关文献，也主要集中在单一FCC(面心立方)相结构(例如FeCoNiCrMn)，单一BCC(体心立方)相结构(例如TiZrHfNb)，以及双相FCC+BCC高熵合金，如(FeCoNiCrMn)100-xAlx，x＝0～20at.％上。FCC类高熵合金塑性好，可达到50％～60％的断后延伸率，但是抗拉强度不高(500MPa左右)，BCC类抗拉强度较高(800～900MPa)，但是塑性不理想(5～15％断后延伸率)；双相高熵合金则由于其本身的“枝晶”之间的简单复合，从而使得其强度和塑性基本介于二者之间，同样不能满足强度塑性上的双重要求。因此，在高熵合金具有强固溶强化特点的前提下，如何将拉伸强度、塑性同时提高到一个较高的水平(抗拉强度＞900MPa，塑性延伸率＞20％)，是目前高熵合金研究中的重要课题之一。

此外，高温下FCC高熵合金的缓慢扩散效应已得到了证实，这对于该高熵合金的高温服役和应用至关重要。然而，FeCoNiCrMn高熵合金的高温流变实验表明，仅凭借单一FCC基体的晶格畸变和缓慢扩散效应，在高温下并不能得到较高强度，因此，需要引入其它合金强化机制，进一步提高FCC类高熵合金高温强度和流变抗力，以改善其高温服役性能。

传统的高强钢、耐热钢以及镍基高温合金的研究结果表明，通过合适的第二相粒子弥散强化是提高室温及高温力学性能的有效途径。因此，在高熵合金中引入第二相强化可能是解决目前高熵合金室温、高温力学性能不足的有效手段之一。本发明通过合理地调节合金成分和后续的冷加工及热处理工艺，制备出具有均匀弥散分布的纳米尺度第二相粒子的高熵合金，其室温及高温力学性能均大幅度提高。由于本发明所采用的是普通且无毒害的常规金属原料，所制备的高熵合金具有优异的综合力学性能，因而具有广阔的应用前景。

发明内容：

本发明内容：提供了一种获得纳米尺度、均匀弥散分布的第二相粒子的高熵合金的制备方法，通过在FCC高熵合金中引入纳米析出强化效应，在不降低优异的塑性的同时，得到较高的室温拉伸强度。由于控制析出的第二相纳米粒子具有良好的高温热稳定性，其均匀弥散析出显著提高了材料高温强度，改善了高温蠕变性能。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种弥散纳米析出相强化的高熵合金，该高熵合金成分的表达式为：Fe_aCo_bNi_cCr_dM_eTi_pAl_q(原子摩尔比)，其中M为Mn、Cu、Zn、Au、Ag、Pd、Pt、V、Ta、Cr、W、Mo、Y、Hf、Nb中的一种或几种，其中0≤a≤35，0≤b≤35，0≤c≤35，0≤d≤35，0≤e≤35，0≤p≤10，0≤q≤10，且a+b+c+d+e+p+q＝100。

进一步，该高熵合金成分的表达式为：Fe_aCo_bNi_cCr_dK_gTi_pAl_q(原子摩尔比)，其中K为稀土元素中的一种或几种，其中0≤a≤35，0≤b≤35，0≤c≤35，0≤d≤35，0≤g≤10，0≤p≤10，0≤q≤10，且a+b+c+d+g+p+q＝100。

本发明的另一目的是提供了一种上述弥散纳米析出强化的高熵合金的制备方法，步骤如下：

1)配料：按照上述成分方案采用工业纯金属元素(纯度大于99.9％)配比成分。

2)铸锭：在钛吸氧的氩气保护气氛的电弧炉中，将步骤1)中的各组分配料熔炼混合均匀，之后在炉内冷却得到所需要的母合金铸锭。