[发明专利]一种高熵合金梯度纳米材料制备方法

说明书

本发明属于材料加工技术领域，涉及一种高熵合金梯度纳米材料的制备方法。本发明的目的是要对高熵合金通过分级高压扭转制备出梯度纳米材料，从而解决高熵合金晶粒粗大、易于开裂的问题，从而有力地促进高熵合金材料在各个领域的应用和发展。实现方法主要包括：准备圆柱状高熵合金材料，固定在上下模板之间，上模板加高压，下模板扭转，调整夹头向下移动实现分级扭转，取样进行测试和评估。本发明制备高熵合金梯度纳米材料主要是通过高压扭转使材料发生剧烈塑性变形，从而促进其发生再结晶产生纳米晶，并且通过移动夹头位置实现对不同高度材料的分级扭转，扭转强度不同导致产生的纳米晶尺寸不同，从而达到制备出梯度高熵合金纳米材料的目的。

技术领域

本发明属于一种高熵合金梯度纳米材料的制备技术，是一种通过剧烈塑性变形方式提高高熵合金综合性能、并形成梯度纳米材料的方法。

背景技术

金属材料的发展对人类文明有着极大的影响，随着航空、航天、电子、通信等技术的高速发展，人们对材料综合性能提出了更高的要求。

传统合金设计方式主要是以一种或两种元素为主组元，而后加入其它的少量元素来改善合金的组织结构以及所需的相关性能。1995年，中国台湾学者叶均蔚等人提出了一种新型的合金设计理念—高熵合金，引发了关于多主元合金的研究热潮。

高熵合金(High-entropy alloys)是一种采用多主元合金的概念设计出的新型合金体系，由五种或五种以上的元素按照等原子比或接近于等原子比合金化所制备的合金，具有高强度、高硬度、耐高温蠕变、耐高温氧化和耐腐蚀等优异性能。

而纳米材料是指其结构单元的尺寸介于1纳米-100纳米范围之间的材料，由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化，表现出各种优异性能。

显然，如果能将高熵合金的优异性能与纳米材料的优异性能相结合，则有望大幅提升高熵合金的综合性能，扩大应用范围。

梯度结构是一种材料结构的多级筑构方式，指材料的结构单元尺寸在空间上呈梯度连续变化，从较小的尺度例如纳米尺度增加到宏观尺度。相比于不同特征尺寸结构(如纳米晶粒，亚微米晶粒，粗晶粒)的简单混合或复合，梯度结构有效避免了结构特征尺寸突变引起的性能突变，可以是具有不同特征尺寸的结构互相协调，同时表现出各特征尺寸所对应的多种作用机制，使材料的整体性能得到优化。

高压扭转法是制备纳米结构材料的重要方法，其工作原理是将圆盘状的样品放于上下两个模具之间,在室温或一定的加热温度下对样品施加压力,并且模具进行转动,由于样品与模具之间的摩擦力使样品在等静水压力下发生剪切变形，从而细化晶粒，获得纳米材料。

综合以上技术原理，本发明提出一种通过分级高压扭转使高熵合金产生剧烈塑性变形的加工方法制备高熵合金梯度纳米材料的技术。通过对高熵合金不同位置进行不同程度的高压扭转来实现梯度结构，同时由于对材料施加高压扭转使之产生剧烈塑性变形，从而使晶粒细化出现纳米结构，借此优化高熵合金内部组织结构，改善高熵合金力学性能，同时梯度结构改善普通纳米结构存在的性能问题，从而有效改善高熵合金综合性能，对高熵合金在生产实际中的应用具有重大理论和实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熵合金的梯度纳米材料制备技术，对圆柱状高熵合金不同高度进行不同程度的高压扭转，使之产生纳米晶，实现晶粒的细化和晶粒度的梯度控制，从而进一步提高高熵合金综合性能，制备出高熵合金梯度纳米材料。

高压扭转的目的在于使高熵合金发生剧烈的塑性变形，促进其晶粒的转变，产生纳米晶，从而细化晶粒。因为晶粒度的大小与变形程度成正比，变形越剧烈，晶粒越细小，因此通过对柱状高熵合金不同高度进行不同程度的扭转，即可得到梯度纳米材料。

为达到上述技术目标，本发明采用以下技术方案实现：