[发明专利]一种用于焊接的中熵合金材料及焊接方法

说明书

本发明公开了一种用于焊接的中熵合金材料及焊接方法，涉及焊接材料技术领域，其中，所述中熵合金材料的成分为CrCoNi，按照以下原子百分比组成，其中Cr为20％～50％，Co为20％～50％，Ni为20％～50％，总的百分比为100％。本发明还公开了应用所述中熵合金材料的焊接方法进行金属材料焊接，尤其是异种金属材料焊接。本发明利用中熵合金中的“扩散阻滞”效应，延缓甚至阻止焊接过程中异种材料的扩散，防止了各种脆性中间相的形成，极大提升了焊缝机械性能，且涉及的元素较少，配制简单，易于实现工业化生产，同时具有成本低、环境友好等优点。

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，尤其涉及一种用于焊接的中熵合金材料及焊接方法。

背景技术

金属材料的焊接广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工、核电等领域，是诸多装备制造过程中必不可少的关键环节。然而，焊接接头，尤其是某些异种材料的焊接接头，由于材料中元素组分在熔化及加热过程中的互扩散，极易在焊接接头区域产生脆性金属间化合物相，从而导致焊接接头及整体结构力学性能急剧下降，极大地限制了熔化焊接的工程应用。目前，采用与焊接对象不同的金属材料作为隔离层，杜绝焊接材料的直接接触，是实现异种材料高质量焊接的有效方法之一。

高熵合金(High Entropy Alloy，HEA)是多主元合金的一个分支，意为五种或以上元素组成的单相合金，其概念首先于2004年被提出。在高熵合金中，多种原子半径各异，带来极大的晶格畸变导致原子的扩散极为困难，此所谓“扩散阻滞”效应。此外，高熵合金中还有“高熵效应”、“鸡尾酒效应”、“晶格畸变效应”，共四种核心效应，决定了高熵合金相对于传统金属材料的巨大差别。

中熵合金则是近些年来在高熵合金基础上发展出的又一类新概念，意为主元素为三元的单相合金。中熵合金中同样有着“扩散阻滞”效应，且强韧性匹配一般较高熵合金更优。目前，国内专家对此做过大量研究，中国发明专利CN 108866417 A利用在中熵合金CoCrNi体系中加入Mn元素来提高抗拉强度和延伸率。中国发明专利CN108998714 A.利用真空熔炼面心立方(FCC)单相CoCrNi母合金-真空熔炼体心立方(BCC)单相AlTiNi中间合金，母合金和中间合金重熔吸铸-均匀化退火-时效处理-固溶处理获得FCC+BCC双相中熵合金。以上两种合金均以CrCoNi中熵合金为基体，通过添加其他元素或相以获得更高的强度、耐蚀性等。但若将此类中熵合金用于焊接，人为引入其它相则会导致更多脆性中间相的产生，显著削弱焊接性能。

使用高熵合金作为焊接材料也是近年来国内研究热点之一。中国发明专利CN104476010 A公开了可用于TIG焊钛/不锈钢的TiFeCrCuNi体系高熵合金焊丝，中国发明专利CN 108161278 A、CN 108161276 A、CN 108161277 A、CN 107999991 A等公开了FeAlCoCrNiCu、FeMgCrNiCu、FeAlCoCrNiCu、FeTiCoCrNiCu等多种体系的高熵合金焊丝，可分别用于铝-钢MIG焊、镁-钢MIG焊、铝-钢埋弧焊、钛-钢MIG焊等异种材料焊接，实现了焊缝的高熵化，能得到具有优良强度和韧性的焊缝。但相较中熵合金，高熵合金的强韧匹配往往较差，且在低温下的机械性能一般弱于中熵合金。此外，参与元素过多导致的工艺复杂，生产难以实现工业化也是其面对的挑战之一。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于焊接的中熵合金材料及焊接方法，利用中熵合金中的“扩散阻滞”效应，延缓甚至阻止焊接过程中异种材料的扩散，防止各种脆性中间相的形成，提升焊缝机械性能，且具有涉及的元素较少，配制简单，易于实现工业化生产，成本低、环境友好等优点，解决金属材料焊接，尤其是异种金属材料焊接中的焊缝的强度和韧性低的问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种用于焊接的中熵合金材料及焊接方法，解决金属材料焊接，尤其是异种金属材料焊接中的焊缝的强度和韧性低的问题，且具有配置简单、易于实现工业化生产、成本低、环境友好等优点。