[发明专利]一种陶瓷颗粒原位增强高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及合金制备技术领域，具体涉及一种陶瓷颗粒原位增强高熵合金及其制备方法。该的合金表达式为CoFeNiMn(NbC)_x，式中的x为摩尔分数，0.4≤x≤1.2。该合金的制备过程如下：按照化学计量比称量高纯度的Co、Fe、Ni、Mn、Nb和C，采用真空电弧熔炼成母合金得到CoFeNiMn(NbC)_x高熵合金。本发明的CoFeNiMn(NbC)_x高熵合金中NbC颗粒细小、均匀分布于基体内，且NbC颗粒与基体之间界面结合良好；同时，通过调控(Nb+C)含量可以精确控制NbC颗粒的尺寸及含量，获得兼具高强度和良好的压缩塑性的高熵合金。本发明提供了微米级NbC颗粒原位增强CoFeNiMn高熵合金，该合金具有高强度、良好塑性的特性，且制备工艺简单。

所属技术领域

本发明涉及合金制备技术领域，具体涉及一种陶瓷颗粒原位增强高熵合金及其制备方法。

背景技术

近年来，高熵合金由于其独特的晶体结构与组织特征，在金属材料领域中吸引了众多学者的极大关注。由于其不同的组合方式，大大增加金属材料的种类，为开发新型合金提供了全新的思路，扩宽了其在工程领域的应用。热力学上的高熵效应使得其更容易形成简单固溶体结构；动力学上的迟滞扩散效应和微观结构上的晶格畸变效应使得合金表现出优异的力学性能、良好的耐磨性、耐高温氧化、抗高温蠕变、耐腐蚀、磁电性能良好、高电阻率等。

单一FCC结构的高熵合金具有优异的塑性，然而其强度较低，严重制约了单相高熵合金的工业应用。为了进一步提高合金的强度，引入陶瓷增强相是一种有效的方法，目前在各种金属合金中均得到应用。目前，国内外学者尝试过通过引入SiC、TiC、Y₂O₃等陶瓷颗粒来尝试提高高熵合金的强度，结果表明引入的陶瓷颗粒可以显著提高其强度。现有的陶瓷颗粒增强高熵合金的制备方式主要有粉末冶金法、铸造法和等离子体烧结法等。粉末冶金法制备出的增强相含量高、颗粒分布均匀，但是工艺程序多，制备周期长，成本高，难以获得大尺寸及形状复杂件；铸造法制备的颗粒增强高熵合金易产生铸造缺陷，性能一般较差；而且陶瓷相颗粒密度小、熔点高，通过熔炼方式制备时会漂浮于熔融金属表层，很难均匀的分布于合金液内部。等离子体烧结法虽然能有效的引入颗粒，但是放电等离子体烧结设备价格昂贵，所制备的样品尺寸小，难以大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种NbC颗粒增强CoFeNiMn高熵合金及其制备方法，获得综合性能优异的陶瓷颗粒原位增强高熵合金，以解决现有技术中高熵合金材料硬度低、增强相与基体合金界面结合差、强度与塑性难以匹配的问题。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种陶瓷颗粒原位增强高熵合金，Co、Fe、Ni、Mn、(Nb+C)元素的摩尔比为1：1：1：1：x，所述0.4≤x≤1.2，所述Co、Fe、Ni、Mn、Nb均为高纯度的块状或片状，C为高纯度的石墨。

进一步，所述Co、Fe、Ni、Mn、Nb、C元素的摩尔比为1：1：1：1：0.5：0.5时，合金具有最佳的强度和塑性匹配，其抗压强度为1178MPa，断裂应变为31％。

本发明还提供一种陶瓷颗粒原位增强高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、原料准备：选用Co、Fe、Ni、Mn、Nb及C六种元素作为原料，其中，Co、Fe、Ni、Mn、Nb的纯度高于99.9％，C为纯度为99.9％的石墨。

步骤二、打磨与超声波清洗；

步骤三：称料：精确称量各种原料，所述Co、Fe、Ni、Mn、(Nb+C)元素的摩尔比为1：1：1：1：x，所述0.4≤x≤1.2，由于Mn元素具有挥发性，因此在配料时需多加5-10％的量。