[发明专利]一种高强韧性高硬度的镁基高熵合金及制备方法

说明书

本发明属于合金技术领域，公开了一种高强韧性高硬度的镁基高熵合金及制备方法，以Mg为基，选取对镁合金增强、增硬有益的主元元素Al、Gd、Y和Zn，开发出高强韧性、高硬度的镁基高熵合金及其制备方法。本发明的镁基高熵合金，其工程应力‑应变曲线具有明显的加工硬化特征，显微硬度为HV103.3～HV123.7，室温抗拉强度为458.01～496.65MP，断后压缩率为14.83～17.28％的镁基高熵合金，并且本发明中的镁基高熵合金的制备方法简单、条件易控制。

技术领域

本发明属于合金技术领域，涉及一种基于高熵合金思想设计的具有高强韧性、高硬度MgAlGdYZn镁基高熵合金及制备方法。

背景技术

镁合金作为工程应用中最轻的金属结构材料，具有比强度高、比刚度高、阻尼性能好的特点，广泛应用于航空、航天、通讯、汽车等行业。但铸造镁合金强度较低，即便是强度最高的Mg-Ga-Y-Zn铸造合金，其强度也仅在350～380MPa，延伸率在9～12％，硬度低于100HV。镁合金的绝对强度、硬度不足，已成为镁合金研究领域的一个瓶颈。

目前提高镁合金强度与韧性的主要方法是多元合金化，通过固溶强化等提高镁合金的性能，但往往会形成化合物相，它们可削弱合金元素的固溶度效应，也恶化了合金的塑性。

20世纪90年代，叶均蔚打破传统的合金设计理念，首次在CoCrFeNiCu系合金中提出高熵合金的概念：此合金须具有五个及五个以上主要元素，且每个主元素原子百分比应介于5％至35％，而每个次要元素则小于5％(J.M.Yeh,S.K.Chen,S.J.Lin,J.Y.Gan,T.S.Chin,T.T.Shun,C.H.Tsau,S.Y.Chang.Nanostructured high-entropy alloys withmultiple principal elements:novel alloy design concepts and outcomes[J].Adv.Eng.Mat.6(2004)299-303.)。目前，高熵合金主要围绕Fe基、Co基和Al基等展开的(张博文.FeCrVTi基高熵合金微观组织及性能研究[D].合肥工业大学,2017.)(房伟峰.CuCrFeNiMn基高熵合金的微观组织和耐腐蚀性能研究[D].郑州大学,2014.)，关于镁基的研究报道极少。近年来，李锐等(李锐.高锰含量镁锰中间合金及高熵镁合金制备工艺与性能研究[D].重庆大学,2009.DOI:10.7666/d.y1666537.)首次利用高混合熵的概念设计了Mg_x(MnAlZnCu)_100-x合金，研究表明Mg_x(MnAlZnCu)_100-x系合金最高硬度可达440HV，最高抗压强度为490MPa，但合金的断后压缩率均小于3％，为典型的脆性材料。R.Li等人(R.Li etal.Microstructure and Mechanical Properties of MgMnAlZnCu High Entropy AlloyCooling in Three Conditions[J].Materials Science Forum,Vol.686,pp.235-241,2011.)采用等原子比和高熵混合思想设计了MgMnAlZnCu合金，合金具有较高的抗压强度(428MPa-450MPa)和硬度(431HV-467HV)但塑性差(3.29％-5.53％)。尹可心等(尹可心,武保林.高熵合金Al7Mg3.6Cu1.2Zn7Ti1.2的制备与组织结构分析[J].沈阳航空航天大学学报,2015,32(3):25-30.)制备出了Al₇Mg_3.6Cu_1.2Zn₇Ti_1.2含镁高熵合金，抗压强度可高达到572.89MPa，但其脆性依然较大，其断后压缩率为5.56％。可见，目前所公开报道的镁基高熵合金同Fe基、Co基一样，均为脆性材料。高混合熵合金脆性大成为其应用的一个瓶颈。因此利用高熵合金概念设计新型镁合金，在提高镁合金强硬性的同时，提高镁合金塑韧性就成为目前亟待解决的关键问题。

发明内容