[发明专利]一种异构高熵合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种异构高熵合金材料及其制备方法，包含：制屑、混屑和预压实、塑性变形处理、退火处理四步工序，选择两种或两种以上具有不同晶粒细化效果的单相和双相结构高熵合金，充分混合它们的碎屑后进行塑性变形，通过高温、高应变使碎屑完全机械合金化，获得致密、多成分混合的异构高熵合金块体坯料。通过后续的退火热处理，形成多尺度晶粒混合的异质结构。本发明软硬结合的异质结构在变形过程中会形成显著的背应力强化，从而制备得高强韧性的异构高熵合金。

技术领域

本发明涉及的是一种异构高熵合金材料及其制备方法，属于金属材料制备领域。

背景技术

高熵合金是由五种或五种以上的元素以等原子比或者近似等原子比的方式混合在一起的新型金属材料，其中每种元素的原子含量百分比在5％～35％之间。通过合理优化元素种类及配比，高熵合金可以形成单一的体心立方、面心立方、两相混合等固溶体结构，从而表现出一些优异的性能，例如良好的耐腐蚀性、抗辐照性、热稳定性，以及较高的强度、硬度和耐磨性。但是和传统金属材料一样，高熵合金的强度和韧性这对矛盾体依旧存在，其特点是质地硬而脆、或者软而韧。如何同时提高高熵合金的强度和韧性，制备高强韧性的材料，是目前金属材料领域的研究热点。

经对现有技术的文献检索发现，X.L.Wu等人在《Proceedings of the NationalAcademy of Science of the United States of America》美国科学院院报，2015，112(47)：14501-14505上发表的“Heterogeneous lamella structure unites ultrafine-grain strength with coarse-grain ductility”(高强高韧粗细晶混合层片状结构材料)一文中，通过轧制变形技术和热处理工艺，制备出强度接近1GPa，均匀延伸率10％左右的高强高韧纯钛板材。这种纯钛材料具有硬的超细晶与软的粗晶混合层片状结构，通过软硬相异质结构变形协调诱发的背应力强化，能够在一定程度上兼得超细晶的高强度和粗晶的高韧性，从而大幅提升纯钛的力学性能。但是，该技术制备的混晶纯钛材料组元较为单一，而且热稳定性较差。

压力加工复合法是制备高强韧金属复合材料的另一种有效方法，进一步检索发现，中国发明专利CN106064504A介绍了一种高强韧性镁锂合金层状复合材料的制备方法，其原理是通过累积叠轧和退火处理工艺，将强度较高的α-Mg单相镁锂合金板材和塑韧性良好的β-Li单相镁锂合金板材结合在一起，从而制备出α/β交替的镁锂合金层状复合材料，复合板材兼具高强度和良好塑性。同时，利用α-Mg相和β-Li相之间的塑性变形能力差异实现“搓轧区”的形成，复合板材的界面结合效果良好。但是，这种方法的局限性在于复合板材制备的过程较为繁琐，用于轧制的板材需要进行多次裁剪、打磨、固定、加热，生产效率较低。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供一种异构高熵合金材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的，包括以下步骤：

第一步，制屑：根据高熵合金的力学性能差异，在FCC(面心立方)单相结构和FCC+BCC(面心立方+体心立方)双相结构的高熵合金中至少各选择一种；满足高熵合金在后续变形及热处理过程中分别具有不同的晶粒细化效果。

对高熵合金铸锭进行碎屑铣制，切屑的进给量控制在0.01至0.5mm之间；对铣制后的粗屑进行精细破碎，从而进一步减小碎屑大小，使碎屑尺寸更加均匀。

进一步的，采用微型立式铣床进行碎屑铣制，然后采用微型破碎机进行精细破碎。

为了避免高熵合金碎屑氧化引起材料界面结合性差等问题，因此在隔氧的惰性气体(氩气)氛围中，在惰性气体(氩气)保护箱内，进行高熵合金制屑工艺。