[发明专利]一种Re改性的高性能共晶高熵合金及其制备工艺

说明书

本发明涉及一种高熵合金，具体涉及一种Re改性的高性能共晶高熵合金及其制备工艺，该共晶高熵合金的化学式为(AlCoCrFeNisubgt;2.1/subgt;)subgt;100‑x/subgt;Resubgt;x/subgt;，其中x3；包括如下步骤：S1：母合金制备：按配比分别称取Al、Co、Cr、Fe、Ni和Re，随后通过铸造工艺得到母合金；S2：热变形：将母合金进行热轧，使厚度减小至原来的45‑65％；S3：退火处理：将经热轧的高熵合金进行退火；S4：冷变形：将经退火的高熵合金进行冷轧，得到Re改性的高性能共晶高熵合金。与现有技术相比，本发明的高性能共晶高熵合金具有优异的屈服强度、抗拉强度和延伸率，在航空、航天和船舶工业领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高熵合金，具体涉及一种Re改性的高性能共晶高熵合金及其制备工艺。

背景技术

由于航空、航天、船舶等领域的快速发展，使得高性能金属材料的需求越来越迫切，而传统的以单一元素为主元的合金体系发展已经接近瓶颈，难以解决这一矛盾，因此，寻求新型的结构功能材料迫在眉睫。上世纪末，学者叶均蔚首次提出了高熵合金的概念，该合金突破了传统的合金设计准则，以五种或者五种以上的等摩尔原子比或者近等摩尔原子比的金属元素组成单相固溶体。由于高熵合金具有热力学方面的高混合熵、晶体学方面的高晶格畸变以及动力学方面扩散缓慢的特点，因此，该合金拥有优异的拉伸性能(FCC固溶体)或者压缩性能(BCC固溶体)，受到了广泛关注。

2014年，大连理工大学卢一平等人利用共晶合金的概念来指导高熵合金的设计，首次提出了共晶高熵合金的概念，设计和制备出具有良好铸造性能的 AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金，该合金的凝固组织由富CoCrFe元素的FCC固溶体和NiAl的L1结构组成，两者呈层片状分布(层间距在100μm左右)，呈现出良好的综合力学性能。共晶高熵合金的出现解决了传统高熵合金由于元素熔点相差大而难以均匀制备的难题，极大的促进了高熵合金的发展，自此之后，高熵合金方面的研究报道呈现出指数式的爆发增长。

在AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金的领域，目前研究重点主要是通过调节凝固路径(3D打印、定向凝固、金属型凝固)、冷变形(冷轧、冷压等)、热变形(热轧、搅拌摩擦焊等)和热处理工艺来提高其综合力学性能。同时，通过调节元素含量来研究亚共晶和过共晶组织以相应的后续工艺对合金的综合力学性能提升。2019年上海大学钟云波教授团队通过塑性变形和热处理工艺，制备出拥有超细晶结构-双相异质层片结构的AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金，其屈服强度达到1437MPa，抗拉强度达到1670MPa，同时塑性保持在14％，是迄今为止性能最好的AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金(Nature Communication,289(2019))。技术进步永无尽头，继续提高共晶高熵合金的综合力学性能，进而推动其在产业中的应用，仍然科研工作者的主要任务之一。

发明内容

Re元素是镍基单晶高温合金中常见的一种添加元素，研究表明，铼元素可以通过在界面处形成偏聚的方式来降低晶格错配度和析出相粗化动力，也可以通过在位错处析出的方式阻碍位错的运动，从而提高镍基高温合金的力学性能(目前，关于Re在镍基单晶高温合金中的作用还在进一步的研究和明确中)。Re元素的添加不仅可以极大地提升合金的机械性能，还能够极大地提高其高温蠕变性能和抗热疲劳性能。比如：二代和三代镍基单晶高温合金中的Re元素添加量分别是3％和6％，其耐温能力比一代单晶高温合金分别高了30℃和60℃。然而目前，通过Re元素的添加来对AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金的综合性能进行提高仍尚无报道。

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种Re改性的高性能共晶高熵合金及其制备工艺，实现了共晶高熵合金的屈服强度和抗拉强度的提升，并具有横纵力学性能一致，在航空、航天和船舶工业领域具有广阔的应用前景。

本发明的目的通过以下技术方案实现：