[发明专利]一种无Co共晶中熵合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种无Co共晶中熵合金及其制备的方法，属于共晶高熵合金制备技术领域，本发明合金的化学成分表达式为CrFeNiNb_x，x取值范围为0.25～0.33；其中，CrFeNiNb_0.25合金的组织为亚共晶组织，CrFeNiNb_0.31合金的组织为共晶组织，CrFeNiNb_0.33合金的组织为过共晶组织。利用真空电弧熔炼技术对预先设计好成分的中熵合金CrFeNiNb_x进行制备。合金微观结构由FCC和Laves两相组成，通过Nb的添加，合金强度相比单相FCC结构中熵合金有很大提高，完全共晶成分的CrFeNiNb_0.31合金具有优异的综合力学性能。并且，由于不含有贵金属Co，使得该共晶中熵合金具有潜在的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及金属材料及其制备技术领域，具体为一种无Co共晶中熵合金及其制备方法。

背景技术

高熵合金是近年来发展起来的一类新型合金，其主要由面心立方、体心立方和密排六方组成的固溶体合金。其相结构组成简单，并且具有优异的力学性能，有希望成为新一代的结构材料。

共晶高熵合金由于具有熔点低、铸造性能良好、组织可控等优点，已经广泛应用于传统金属领域。2014年，大连理工大学的卢一平学者提出了共晶高熵合金这一概念，其设计的AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金由软质的FCC相和硬质的BCC相组成，其具有良好的铸造性能以及优异的力学性能。目前，已经报道了大量的CoCrFeNi基以及CoCrNi基共晶高熵合金。蒋等报道了CoCrFeNiTa_0.4共晶合金，该合金由韧性的FCC相和脆硬的Laves相组成，其断裂强度达到2293MPa，压缩塑性为22.6％。Chanda等开发了CoCrFeNiNb_0.45完全的共晶高熵合金。专利2018109454652公开了一种Ni-Co-Cr-Ti-Ta-Al-M高熵共晶合金，其化学成分表达式为Ni_aCo_bCr_cTi_dTa_eAl_fM_g，所述M为Hf和Zr中的一种或两种。专利2018108407654公开了一种钴铁镍钒锆高熵合金，其组成按照摩尔比计为CoFeNi_xVZr_0.55，其中Ni的含量按照摩尔比为1.8≤x≤2.6。专利CN201911156093.6公开了一种CoCrNiHf_x共晶中熵合金，其中，x＝0.1～0.5，具有十分优异的中高温综合力学性能。

以上共晶高熵合金，从合金相组成角度，共晶高熵合金主要由FCC相和BCC相，或者FCC相加Laves相组成。从合金成分角度，主要以Ni、Co、Fe、Cr、Al元素为基础，通过Zr、Ti、Hf、V、Nb、Ta和Mo等元素调整获得共晶组织。由于所用到的Co单质价格昂贵，其价格比Cr、Fe、Ni等高出六倍多，使得共晶高熵合金制造成本较高，阻碍了共晶高熵合金的工业应用。

因此，在保证共晶高熵合金的力学性能的情况下，降低共晶高熵合金中Co元素的含量，以降低合金制造成本，进而推动共晶高熵合金的工程应用，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

为解决含Co共晶高熵合金成本高的技术问题，本发明的目的在于提供一种无Co共晶中熵合金及其制备方法，通过在具有单相FCC结构的CrFeNi中熵合金基础上添加金属元素Nb，使得合金中形成了FCC相和Laves相的共晶组织，合金具有与含Co共晶高熵合金相近的力学性能，并且其制备成本更低，为开发低成本具有工程应用潜力的共晶高熵合金提供了解决方案。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：