[发明专利]基于Laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金及制备方法

说明书

本发明涉及合金耐磨耐腐蚀技术领域，提供了一种基于Laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金及制备方法，合金以质量比计含12.0~25.0%的Cr、12.0~25.0%的Ni、12~25%的Fe、12~25%的Co、20~32%的Mo、1.5~3.5%的Si、0.1%以下的C，其余为不可避免杂质；其中，Co、Cr、Fe、Ni形成固溶体基体，Mo、Si形成Laves相。制备方法包括熔炼冶金和粉末冶金两种方法。本发明合金具备Tribaloy合金组织结构特征，以Cr‑Cr‑Fe‑Ni多主元固溶体替代Co基固溶体基体，Mo、Si形成硬质耐磨Laves相，可以实现保持高耐磨、高耐蚀性能的情况下，降低材料脆性同时节约原材料成本，特别适用于高温和腐蚀工作环境同时要求抗磨损的领域。

技术领域

本发明涉及合金耐磨耐腐蚀技术领域，特别涉及一种基于Laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金及制备方法。

背景技术

对于工程机械设计人员经常面临的问题之一,即选用既耐零件接触引起的机械磨损又耐介质腐蚀的材料,往往只能取折衷方案。高耐磨、高耐蚀这两种性能要求给材料设计带来很大难度，可是在许多恶劣环境和要求有长寿命,高精度的场合对二者又都需要。

Tribaloy系列合金是美国杜邦公司研制的基于Laves相强化的耐磨耐蚀合金，以T-400、T-800为代表Tribaloy钴基合金具有不同于其他耐磨合金的独特优良性能,当它与其他材料组成对磨副时,不仅本身有良好的耐磨性能,同时不将对磨副材料严重磨损,而且还具有一定耐高温与抗腐蚀性能。该类合金显微组织为钴基固溶体和大约50％的富Si、Mo的Laves相。硬质Laves相弥散分布于较软的钴基体上,保证了合金的硬度和耐磨损性能。高含量的Mo和Cr为Laves相的形成提供了条件,同时也大幅提升了材料的耐腐蚀性能。然而，T-400、T-800合金中钴含量高达60％左右，钴是一种战略性资源、价格昂贵，此外，T-400、T-800合金脆性较大，这些在一定程度限制了合金的应用。

因此，有必要研制一种具备T-400、T-800合金组织和性能特点的原材料成本较低的耐磨耐蚀合金。

发明内容

近十余年来新发展起来的高熵合金被视为最近几十年来合金化理论的三大突破之一。不同于传统合金有明确的基体元素，多主元高熵合金通常包含至少四种比例相近的合金元素，通过多种主元相互混合产生的高熵效应，可以增加元素的相容性，使得高熵合金凝固后往往形成较简单相组成和显微组织。高熵合金具备热力学上的高熵效应、动力学上的缓慢扩散效应、晶体结构上的晶格错配效应和性能上的鸡尾酒效应等四大效应，赋予其可同时具有高的强度、硬度，耐高温软化，优良的耐磨性、抗高温氧化性等多种优异性能。

本发明的目的是至少克服现有技术的不足之一，本发明采用高熵合金多主元的设计思路，参照Tribaloy合金组织结构特征，设计并提供一种基于Laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金，具有良好的耐磨耐腐蚀性。

本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于Laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金，以质量比计，包括12.0～25.0％的Cr、12.0～25.0％的Ni、12～25％的Fe、12～25％的Co、20～32％的Mo、1.5～3.5％的Si、0.1％以下的C，其余部分为不可避免的杂质；其中，Co、Cr、Fe、Ni元素共同形成稳定的FCC固溶体基体，Mo、Si元素形成Laves相。

如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，Mo与Si含量的质量比为9～15。

如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述多主元耐磨耐蚀合金的合金组织中含有40～60％的Laves相。

另一方面，本发明还提供了一种上述的基于Laves相强化的多主元耐磨耐蚀合金的制备方法，包括：

S1、配料：按设定的合金成分比例配置原料；