[发明专利]异质结构的CrCoNi-Al2

说明书

本发明涉及一种异质结构的CrCoNi‑Al₂O₃纳米复合材料及制备方法，通过粉末冶金方法在Al₂O₃纳米颗粒增强CrCoNi中熵合金基复合材料中引入异质结构，制备出具有超细晶区(UFG)、粗晶区(CG)、纳米孪晶和纳米Al₂O₃颗粒多级尺度的异构复合材料。超细晶粒和Al₂O₃纳米增强相保证了复合材料高的强度，同时粗晶粒维持复合材料良好的塑性，且软硬区界面处几何必须位错堆积带来了额外的强化效果。本发明提供了一种制备高强、高韧高/中熵合金基复合材料的方法，为发展高强度、高延展性的高熵、中熵合金基复合材料提供了新思路，推动异质结构适用更多材料体系。

技术领域

本发明属于金属基复合材料领域，涉及一种异质结构的CrCoNi-Al₂O₃纳米复合材料及制备方法，尤其涉及异质结构的Al₂O₃纳米颗粒增强CrCoNi中熵合金基复合材料及其制备方法。

背景技术

Cantor和Yeh在2004年提出了基于近等原子比的多个主元元素的高熵合金概念。这一类以构型熵为主设计的新型合金的出现，打破了以1种或2种元素为主的传统合金的设计理念。由于在近等原子比下(5％～35％)存在多个主要元素，因此高熵合金表现出独特的四大效应，即高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应和鸡尾酒效应。高熵合金由于其独特的成分、微观结构和可调控的性能，在结构材料领域具有广阔的应用前景。

对高熵合金早期阶段的研究大多集中于合金成分的设计上，随着高熵合金研究的逐步深入，除了调控合金成分，更多优化性能的方法已被使用，例如在高熵合金中引入第二相纳米颗粒制备高熵合金基复合材料是最常用的强化手段之一。

但是在高熵合金基复合材料的探索中，人们遇到了一个共同的问题，即材料的屈服强度提高一定程度上会损害其延展性。从传统的强韧化机制出发，强化和韧化的矛盾从根源上似乎无法和解。材料的强化通过阻碍位错运动实现，而韧化则需要以促进位错源开动等方式进行塑性变形—释放应力集中—延缓裂纹萌生来实现。在克服材料强度-延展性矛盾的不断努力中，近五年来研究者们提出了异构材料这一新概念，实现了材料在保证较大延展性的同时具有高的强度。异构材料可以定义为强度从一个区域到另一个区域具有显著异质性的材料。这种强度异质性可能是由微观结构异质性、晶体结构异质性或成分异质性所引起。具体分为双峰结构、三峰结构、非均匀薄片结构、梯度结构、谐波结构、层压板结构、双相钢、纳米域结构、纳米孪晶等类型。

异质结构的形成在材料中产生了软硬两区域，软区域使其具有足够的塑性区以钝化或偏转裂纹，同时由于软硬区界面处应变不匹配，产生了几何必须位错的堆积，在材料中引入异质变形诱导应力，使所制备出的材料兼具高的强度和韧性。异构材料的兴起为复合材料的强韧化发展提供了新思路。

在目前的研究中，异质结构已广泛用于各种纳米结构材料中，如Al、Mg、Cu、 Ti、高熵合金(HEA)、中熵合金(MEA)等。如专利CN 110629059 A“一种异构高熵合金材料及其制备方法”中，介绍了一种将两种或多种具有不同晶粒细化效果的高熵合金碎屑混合机械合金化，随后经过预压实、塑性变形处理、退火处理等工艺，获得了兼备各种材料优点的异构高熵合金。但是这种方法实现粗/细晶区需要通过进一步塑性变形及热处理，工艺流程较复杂，且得到的合金材料强度较低，抗拉强度低于1000 MPa。