[发明专利]一种高含铜、无偏析的耐腐蚀、防污、高塑性多主元合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种高含铜、无偏析的耐腐蚀、防污、高塑性多主元合金的制备方法，选用多主元FCC相高熵合金为初始合金，基于高熵提高互溶度，利用粉末冶金方法获得充足扩散，实现5～20wt％Cu在固溶体结构中均匀分布，解决了Cu在FCC相高熵合金中晶界偏析问题。本发明操作简单、可控，制备的材料兼顾高于75％的塑性、优异的耐蚀性和防污性能，在海洋工程领域具有重要应用前景。

技术领域

本发明涉及海洋金属材料技术领域，具体是一种海洋环境下耐腐蚀、防污、高塑性多主元合金的制备方法。

背景技术

海洋开发对于我国的资源获取、民生发展和军事力量提升至关重要。海洋装备在海水中服役，需要面临复杂的苛刻环境；其中海水腐蚀和微生物附着对装备材料的危害巨大，会严重劣化海洋材料的性能、服役寿命和加剧装备的运行阻力、造成能量损耗。为保证我国海洋工业的顺利发展，迫切需要开发具有独立自主产权的耐腐蚀-防污一体化的强韧结构材料。

目前，现有金属材料的力学性能、耐腐蚀性能、防污性能，三者之间相互冲突。首先，合金的力学性能主要受结构影响，耐腐蚀性能主要受组织和组成元素影响；在传统合金中，耐腐蚀性能改性元素的添加会造成合金结构的复杂化，导致力学性能下降；如耐蚀性较好的不锈钢的强度难以提升，强度较高的轴承钢的耐蚀性较差。其次，Cu、Ag元素是主要的防污、杀菌金属元素，但由于Cu、Ag与大部分金属元素互溶度较低，容易形成偏析相，造成腐蚀加剧、力学性能下降；现报道的杀菌不锈钢、杀菌钛合金中含有的Cu含量均低于5wt％，一旦超过这个范围，会形成明显偏析相，造成腐蚀严重；但杀菌性能与Cu元素含量呈正比，为了保证足够的海洋防污性能，必须含有更高含量的Cu元素。

高熵合金是金属领域的重要突破，可以满足耐腐蚀性能和力学性能的平衡。高熵合金，在包含多种主元的条件下，能够具有简单的结构。通过合理的设计，在含有较多Cr、Ni、Co等耐腐蚀元素下，合金呈现可控结构，保证韧性；而且实现晶格畸变效应和复合效应，提高强度，能够兼顾耐腐蚀性能和力学性能。

但是，现有高熵合金的防污性能和耐腐蚀性能、力学性能相冲突。现有技术制备的含Cu高熵合金中，均存在铜元素的偏析问题；本质原因是Cu元素与高熵合金组成元素的互溶度不足，导致在组织形成的快速过程中，Cu元素优先发生偏聚、偏析相形核和长大。解决高熵合金中Cu元素的偏析问题，对于获得力学、耐腐蚀、防污性能一体化的海洋工程材料极其重要。

围绕我国海洋事业的发展规划，针对我国海洋工程材料的发展需求，本发明通过多种合金技术耦合，交替发挥高熵合金的多主元和高熵两大特性的优势，解决了这一瓶颈难题。重点创新在于：利用多主元设计、熵值控制，得到大含量耐蚀元素的均匀FCC相初始高熵合金，耐蚀元素保证耐腐蚀，均匀单相特征保持足够的系统熵值，FCC相保证高塑性，合金与铜元素同为FCC相保证了互溶潜力；利用雾化法，得到高熵合金粉末，通过高熵合金粉末和Cu粉末混合提高扩散动力学；利用固态烧结，在保持高温、高熵的合金结构状态下，充分实现了高熵提高元素间互溶度这一热力学理论；利用多主元合金的迟滞扩散作用和固态合金对扩散的抑制，阻碍了在降温过程中Cu元素的析出。