[发明专利]一种调控CoNiFe中熵合金耐腐蚀性能的方法

说明书

本发明公开了一种调控CoNiFe中熵合金耐腐蚀性能的方法，通过晶界工程调控中熵合金中特殊晶界(特别是Σ3晶界)的比例，实现低ΣCSL晶界比例的提高和高能随机晶界网络连通性的打断，从而调控CoNiFe中熵合金的耐蚀性能。该方法包括真空熔炼、均质处理、热锻造、控制轧制、控制退火五个步骤；所制备的CoNiFe中熵合金，低ΣCSL晶界占比大于40％,其中Σ3晶界比例高于80％。该方法的调控作用，使得的CoNiFe中熵合金的显著提升腐蚀性能，腐蚀电位：‑0.55～‑0.11V，腐蚀电流密度：23～0.03μA/cm²。

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种调控CoNiFe中熵合金耐腐蚀性能的方法。

背景技术

微观组织结构决定材料的性能，工业中常见的金属材料，大多数为晶体材料，晶界做为多晶材料的重要组成部分，对材料的性能，特别是腐蚀性能有重要的影响，腐蚀现象基本存在于所有工业领域，腐蚀导致经济的巨大损失已是众所周知的事实，据统计，全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约7000-10000亿美元，其中美国年腐蚀损失率占GDP4.2％，而我国每年因腐蚀造成的经济损失占GDP3.3％，工业、工程腐蚀问题严重制约着工业发展，如何改善金属结构材料的腐蚀性能具有重要的研究价值。而晶界工程的提出为提升金属材料腐蚀性能开拓了新途径。Krongberg等人提出了重合位置点阵(CSL)模型。基于CSL模型，晶界被分为低ΣCSL晶界(∑≤29)(也称为特殊晶界)和随机晶界(∑29)。低ΣCSL晶界能量低且稳定，对滑移断裂，应力腐蚀，裂纹扩展，溶质偏析等有强烈的抑制作用。而随机晶界由于具有高的能量和高的移动性，常常成为裂纹的核心和扩展通道，导致晶界腐蚀的出现。而通过一定的形变或者热处理工艺来调控材料的晶界特征分布，实现低ΣCSL晶界比例的提高和高能随机晶界网络连通性的打断，从而达到控制和优化材料的目的，这就是所谓的晶界工程。

自2004年，一种全新的合金进入了研究者的视野，即多主元合金，因为其独特的合金设计及优异的性能，很快成为研究的热点。根据合金混合熵值大小，多主元合金被分为高熵合金(ΔSmix＞1.6R)和中熵合金中熵合金(混合熵介于1.6R≥ΔSmix≥1R)。Gludovatz等人研究发现轧制态CrCoNi中熵合金具有非常优异的室温和低温性能，在室温下，抗拉强度接近1GPa,断裂延伸率达到70％，断裂韧性超过了200MPa m^1/2,甚至在低温下，抗拉强度超过了1.3GPa,断裂延伸率高达90％，断裂韧性值也达到了275MPa m^1/2。CrCoNi中熵合金成为现有塑性最好的金属材料之一。Sohn等人利用多主元合金的晶格畸变效应设计并制备了VCoNiCr中熵合金，室温拉伸试验结果表明其屈服强度高于1GPa,且具有良好的延展性(40％)。其室温屈服强度远远高于大多数多主元合金，具有非常大的应用潜力。Tsau等人对比研究了铸态FeCoNi中熵合金和FeCoNiCr高熵合金的在H₂SO₄和NaCl溶液中的腐蚀行为，发现FeCoNi中熵合金抗腐蚀性性能要优于FeCoNiCr高熵合金，且二者的耐腐蚀能力都要强于304不锈钢。前期的研究也发现，FeCoNi中熵合金具有良好的冷热加工性能，具有广阔的应用前景，然后经过塑性加工以后，由于变形引起的内应力，导致其腐蚀性能相比于铸态显著下降，从而使其使用性能大打折扣。本发明采用晶界工程的方法，通过调控低ΣCSL晶界(特别是Σ3晶界)比例，从而提高FeCoNi中熵合金耐腐蚀性能。该方法可控，可靠，易于推广应用，而且可以拓展到其他同类中熵合金。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种调控CoNiFe中熵合金耐腐蚀性能的方法，利用晶界工程的思想，通过控制和优化材料内部晶界特征分布，实现低ΣCSL晶界比例的提高，从而打断高能随机晶界网络连通性，达到调控中熵合金耐腐蚀性能的目的。

技术方案：本发明的一种调控CoNiFe中熵合金耐腐蚀性能的方法包括真空熔炼、均质处理、热锻造、控制轧制、控制退火工程五个步骤，所制备的CoNiFe中熵合金，低ΣCSL晶界占比大于40％,其中Σ3晶界比例高于80％，显著调控中熵合金的耐腐蚀性能，具体步骤如下：