[发明专利]一种FeCoCrNiMn高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种FeCoCrNiMn高熵合金及其制备方法，该合金由如下原子百分比组成：铁40％～67％；钴8.25％～15％；铬8.25％～15％；镍8.25％～15％；锰8.25％～15％；其中,钴、铬、镍和锰等原子比。FeCoCrNiMn高熵合金的制备方法包括：配料；抽真空；充入保护气体，出去残余氧气；熔炼和浇注。发明的有益效果是：其制备的合金具有良好的抗拉强度和延伸率。

技术领域

本发明具体涉及多熵合金领域，特别涉及一种FeCoCrNiMn高熵合金及其制备方法。

背景技术

早期合金的设计理念是以一种或两种元素为主元素，即合金中的基体是一种或两种元素所组成，而后在“纯”金属中加入其它的少量元素来改善合金的组织结构，同时得到所需要的性能，如铁碳合金、Ni基高温合金、镁合金等。随着合金设计理念的进一步发展，在2004年，叶均蔚等人突破性的提出了一种新型的合金设计理念，即高熵合金，含有5种或5种以上的主要元素，每种元素的含量在5％-35％之间。独特的设计理念使得高熵合金在性能方面表现出不同于传统合金的特异性。如高强度，高硬度，耐腐蚀性，热稳定性，磁学性能等。对于多主元高熵合金的研究迅速成为金属材料领域的研究热点。

近期，国内外学者对FeCoCrNiMn高熵合金做出了大量的研究，Liu等对CoCrFeNiMn高熵合金在不同退火温度下的晶粒生长机制进行了研究；Li等人通过对CoCrFeNi熔体过冷处理后，其组织得到明显细化，屈服强度得到大幅度提升，但是其对过冷度的要求较高；近期，研究人员通过高效磁悬浮熔炼技术制备了大块高熵合金锭，通过简单轧制及退火处理后，得到完全再结晶的超细晶高熵合金，变现出良好的强度和延展性。近期国内外学者对扎制及退火后的高熵合金研究较为关注，扎制后的高熵合金通过退火处理后的组织以及性能都得到明显的改善，为改善金属材料微观组织和性能的常用方法。

目前对FeCoCrNiMn高熵合金的研究也集中在加入微量元素合金化后对合金的性能影响。由于高熵合金中存在明显的“鸡尾酒”效应，因此对高熵合金微合金化后的研究大都报道了高温抗氧化性，磁学性能，耐磨性以及深入研究某一元素在热力学及动力学上的影响，对力学性能鲜有报道，并未根本上解决提高高熵合金综合力学性能的问题。

在高熵合金研究初期就发现，在力学性能方面的研究，FeCoCrNiMn系高熵合金具有更好的综合力学性能，其塑性随温度的降低而升高，断裂韧性高于几乎所有已知的材料。值得注意的是，高熵合金中存在两种不同的相，可以带来更好的性能上的表现。近期在Nature杂志上报道了一篇关于通过相变进行增强增韧的文章，降低合金组成相的稳定性来实现合金双相的界面强化和转化诱导强化，其经过处理后的Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀合金的最高强度接近900MPa。但文章中的合金在拉伸测试过程中，应变-硬化趋势并不明显，尤其屈服后的强度随着应变的增加，其变化趋势在逐渐下降，因此合金的强度在材料屈服后受到很大限制。

因此，一种既可以提高高熵合金强韧性又可以大幅度降低制备成本的方法是扩大高熵合金应用领域的关键。

发明内容

本发明的一个目的提供一种FeCoCrNiMn高熵合金，其具有良好的抗拉强度和延伸率。

本发明还有一个目的在于提供一种FeCoCrNiMn高熵合金的制备方法，其具有良好的抗拉强度和延伸率。

为实现上述目的，本发明提供一种FeCoCrNiMn高熵合金的方法，包括如下步骤：

a、按照铁40～67％，钴8.25～15％，铬8.25～15％，镍8.25～15％和锰8.25～15％的原子百分比称取铁块、钴块、铬块、镍块和锰块，锰元素还要额外称取30％的烧损量；

b、将称取后的原料放入电弧炉内的第一坩埚中,对电弧炉内部进行抽真空,抽至6.2～6.8*10^-3Pa；