[发明专利]一种含碳高熵合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含碳高熵合金材料及其制备方法，按重量比包含以下组分：Co：24.8％～26.8％，Cr：21.7％～23.8％，Fe：23.5.％～25.5％，Ni：24.7％～26.7％，C：1.2％～1.3％。该合金材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将颗粒状的碳、Co、Cr、Fe、Ni按照比例称重，混合后熔炼，得到合金锭；(2)将所述合金锭进行热锻造处理得到柱状合金；(3)对热锻造后的柱状合金在真空条件下进行热处理，淬火后得到所述含碳高熵合金材料。本发明利用碳元素掺杂CoCrFeNi高熵合金，碳元素的固溶强化以及碳化物沉淀强化作用，使得合金硬度增加，对合金室温耐磨性的改善效果明显，非晶碳起到润滑作用。对合金锭进行锻造加真空热处理，减少合金孔洞及应力集中问题，制备得到成分均匀、性能稳定的高耐磨高熵合金。

技术领域

本发明涉及一种合金材料及其制备方法，尤其涉及一种含碳高熵合金材料及其制备方法。

背景技术

航空航天、船舶、核能等领域中，各种机械组件在极端的条件下运行(真空，高温和辐射)，为了保证组件的使用精度和使用寿命，用于生产零件的合金材料需要具有非常高的可靠性、稳定性。在过去的一个世纪中，一直尝试对合金进行改性，开发在极端环境中使用的高性能合金。高熵合金打破传统合金的组分限制，由多种元素组成，各组分含量在5at.％～35at.％之间，均作为主要元素。结构上，高熵合金原子排列混乱，有严重的晶格畸变效应；性能上，其融合多种金属元素的性能特点，出现鸡尾酒效应；在相变的过程中，混乱晶体结构使其出现迟滞扩散效应。高熵合金(HEA)崭新的设计概念以及性能特征从九十年代开始引起人们的兴趣，并在高温耐磨材料中具有巨大的应用潜力。

金属在高温下容易发生软化现象，使得多数传统合金的耐磨性在高温条件下出现下降。高熵合金严重的晶格畸变使其有良好的抗高温软化的性能，CoCrFeNi具有单一的FCC结构，有优异的塑性、抗氧化性及高温稳定性，可作为潜在的耐磨材料。已有的研究表明，CoCrFeNi高熵合金的高温耐磨性较室温好，高温条件下，表面氧化膜起到润滑保护作用，室温条件下，由于强度、硬度不够高，耐磨性能不是非常理想。改善其室温耐磨性，主要的手段是通过元素掺杂，研究表明，Al、Ti、Mo、V等合金元素掺杂后，硬度明显提高，相同条件下可以超过轴承钢以及高速钢。但是Ti、V、Mo、V等元素价格昂贵，生产成本较高。

发明内容

发明目的：本发明的第一个目的是提供一种硬度高、耐磨性好的含碳高熵合金材料；

本发明的第二个目的是提供一种含碳高熵合金材料的制备方法。

技术方案：本发明所述的含碳高熵合金材料，按重量比包含以下组分：Co：24.8％～26.8％，Cr：21.7％～23.8％，Fe：23.5％～25.5％，Ni：24.7％～26.7％，C：1.2％～1.3％。

上述的含碳高熵合金材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将颗粒状的碳、Co、Cr、Fe、Ni按照比例称重，混合后熔炼，得到合金锭；

(2)将所述合金锭进行热锻造处理得到柱状合金；

(3)对热锻造后的柱状合金在真空条件下进行热处理，淬火后得到所述含碳高熵合金材料。

作为优选：

步骤(2)中，所述热锻造的温度为1000～1100℃，时间为10～30min。所述柱状合金的直径为10～14mm。

步骤(1)中，所述颗粒状的碳的尺寸为毫米级。所述熔炼的方法包括真空电弧熔炼、真空感应熔炼或粉末冶金。

步骤(3)中，所述热处理的温度为1000～1200℃，时间为3～6h。所述热处理之前去除合金表面的氧化物。