[发明专利]一种高强韧性高熵合金制备方法

说明书

本发明公开了一种高强韧性高熵合金制备方法，涉及合金材料生产技术领域；具体步骤是：配置原子百分比27~30%的Mn，8~12%的Co，8~12%的Cr和0.4~1.3%的C，其余为Fe的高熵合金粉末；对高熵合金粉末进行球磨处理，之后预压，压力为300~500MPa，保压200~300s，得到高熵合金的预压块；将预压块真空退火后真空热压烧结再进行冷轧变形；将冷轧变形后的高熵合金薄板在400~550℃进行约束碳分配处理，使游离的碳元素进行扩散；本发明制备出含C的非等原子FeMnCoCrC高熵合金具有优异的强度和塑性结合，同时改善了传统工艺制备出的高熵合金成分不均匀，组织不稳定的问题。

技术领域

本发明属于合金材料生产技术领域，具体涉及一种高强韧性高熵合金制备方法。

背景技术

高熵合金最初认为由五种及以上主元以等原子或近等原子比组成，后来随着研究的进一步深入，将这一定义扩展到可非等原子配比合金且可通过添加一些微量元素来调整高熵合金的组织和性能，一般这些微量元素的含量都不超过5%。高熵合金由于具有高的混合熵，抑制了金属间化合物的形成，因此合金一般会倾向于形成简单的FCC、BCC和HCP晶体结构的固溶体相，这使得高熵合金表现出一些独特的物理和化学性能。在一些情况下，元素的添加会导致高熵合金产生金属间化合物相或者形成非晶态，这对于合金存在有益的方面同时也有害，取决于具体的使用条件。目前，国内外学者对高熵合金的研究已经取得了一些进展，主要集中在AlCoCrCuFeNi系，CoCrFeMnNi系和WNbMoTaV系合金显微组织和性能的研究。

开发同时具有高强度和高塑性的金属材料一直以来都是研究的重点，很多强化方式如固溶强化和析出强化都能提高材料的强度，但是会相应的牺牲塑韧性。在传统的金属材料中，孪晶诱导塑性（TWIP）和相变诱导塑性（TRIP）效应则很好地解决了这一问题。TWIP效应是指材料在外力作用下变形时诱发变形孪晶，使得材料在保持较高强度的同时仍能获得较高的延伸率。TWIP效应受到材料的层错能影响，导致材料在变形过程中由原本的位错滑移机制变为第二种变形机制，即孪晶变形。因此TWIP效应可促使合金的变形机制改变，进而提高了合金的力学性能。近年来许多对高熵合金的研究集中在开发新型的高熵合金成分，试图把TWIP效应引入高熵合金，以此得到具有高强度和塑性的高熵合金。

在目前所报道的高熵合金中FeMnCoCr有着优异的力学性能，FeMnCoCr高熵合金是通过改变经典的CoCrFeMnNi合金成分得到的新型合金。根据现有的高熵合金研究来看，在一些体系下Cr与Ni或Co同时存在时会析出σ相。

专利CN111235454A公开了一种非等原子比的AlCoCrFeMn高熵合金及其制备方法，该合金的原子比为Al:Co:Cr:Fe:Mn=(0.3~0.7):2:1:1:1，在惰性气体保护下电弧熔炼，铜模吸铸，得到合金锭，再经过固溶、水淬、轧制变形和真空退火，得到非等原子比的AlCoCrFeMn高熵合金。专利CN111172446A公开了一种强耐腐蚀非等原子比高熵合金及其制备方法，该合金成分为Fe 34~36at%，Mn 9~11at%，Cr 19~21at%，Ni 34~36%。Ar气氛中反复真空电弧熔炼，铸锭进行均匀化处理，水淬后在800~1000℃下热锻，结束后保温1~5h进行再结晶退火，最后水淬至常温得到非等原子比的高熵合金。合金在3.5wt％氯化钠水溶液和0.5mol/L硫酸水溶液中的抗腐蚀能力都优于304不锈钢(冷轧退火态)。

上述专利都通过调整高熵合金成分，得到了理想性能的非等原子高熵合金。但是传统的电弧熔炼工艺制备出的合金一般都需要反复熔炼多次并且对铸锭进行长时间高温均匀化退火才能消除凝固过程中产生的成分偏析，使成分和组织趋于均匀。因此电弧熔炼法制备出的高熵合金可能存在缺陷，导致合金性能不高，并且制备工艺繁琐成本较高，限制了高熵合金的应用范围。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种高强韧性高熵合金制备方法。本发明制备出含C的非等原子FeMnCoCrC高熵合金具有优异的强度和塑性结合，同时改善了传统工艺制备出的高熵合金成分不均匀，组织不稳定等问题。