[发明专利]一种高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金及其制备方法，所述的无钴高熵合金，其中Fe：Ni：Cr：Mn：Al的原子百分比分别为30%~27.5%：30%~27.5%：15%：10%：15%~20%。制备工艺如下：选用纯度高于99.9wt.%的Fe、Ni、Cr、Mn、Al五种元素作为原料进行配料，利用非自耗电弧炉熔炼制备该高熵合金。本发明所述高熵合金组织均匀，表现出优异的综合力学性能，且不含昂贵的Co元素，价格低廉。所述高熵合金的屈服强度均大于等于770 MPa，断裂应变均大于等于45%，耐3.5wt.%NaCl腐蚀性均优于不锈钢SUS304，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及金属材料及其制备领域，提供一种高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金。

背景技术

高熵合金是基于“化学无序”发展的新材料，主要提出了从熵的角度开发和研究合金材料，突破了过去合金材料基元的限制。高熵合金一般由五种及以上金属或非金属以等比或近等原子比的方式组合而成。为了探索更为广阔的领域，学者们将高熵合金的定义延申到合金内每种主元在体系中所占比例可以在5at.%~35at.%之间。与传统合金不同，多主元高熵合金是多种主元共同作用的结果，而非单一的体现出某种元素特有的性质。研究表明，多主元高熵合金凝固后，不仅不会形成数目众多的金属间化合物，反而倾向于形成简单的固溶体相。高熵合金的高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应以及“鸡尾酒”效应使合金表现出优异的力学性能，良好的耐磨性、耐腐蚀、耐高温氧化性、高电阻率、优异的磁电等综合性能，具有广阔的应用前景。

FeNiCoCrMn合金最先由Cantor等人报道的。该合金由单一的FCC固相组成，在低温下表现出良好的强度和延性，但在室温下屈服强度难以满足工程实际需要。因此为了提高合金强度，研究者们做出了很大努力，但大多以加入高价Co元素，这大幅度提高成本。

刘亮等对Al_XCoCuFeNi合金研究则发现，随Al含量的增加，组织形貌由树枝晶形貌向等轴晶形貌转变，合金的硬度也显著增加；在Al_XCoCuFeNi合金中，Al₁CoCuFeNi合金具有最佳的室温压缩性能，抗压强度及压缩率分别为1548 MPa和8.9%。

综上，纵使目前所研发的合金室温强度优异，但韧性仍较低，且大量研究中含有较多昂贵的Co元素，为了从低价实用角度探索新材料，选择用其他元素替代Co。

发明内容

针对现有高熵合金强塑性匹配差问题，本发明提供一种高强高韧耐腐蚀无钴高熵合金。为实现本发明的目的，提供以下技术方案：

一种高强高韧耐腐蚀的无钴高熵合金，其中，其中Fe：Ni：Cr：Mn：Al的原子百分比分别为Fe：27.5%~30%、Ni：27.5%~30%、Cr：12%-18%、Mn：8%-12%、Al：15~20%。

进一步的，当原料组分按原子百分比如下：Fe：30%、Ni：30%、Cr：15%、Mn：10%、Al：15%时，所述合金为FCC+BCC+B2结构。

进一步的，当原料组分按原子百分比如下：Fe：27.5%、Ni：27.5%、Cr：15%、Mn：10%、Al：20%时，所述合金为BCC+B2结构。

其中，该制备方法包含以下几个步骤：

步骤一，选用Fe、Ni、Cr、Mn、Al五种元素作为原料进行配料；

步骤二，去除原料金属Fe、Ni、Cr、Mn、Al的表面氧化皮，并清洗、干燥；

步骤三，经熔炼得到所述的Fe-Ni-Cr-Mn-Al高熵合金。

进一步的，步骤一中，为避免熔炼过程出现有害杂质等影响合金性能，金属原料纯度均高于99.9wt.%。