[发明专利]一种可调控双相组织的高强度高塑性高熵合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可调控双相组织的高强度高塑性高熵合金及其制备方法，涉及金属材料技术领域。本发明所述的制备方法包括原材料预处理、炉内去氧处理和高熵合金熔炼，原材料选用Al、Fe、Co、Ni、M金属块，按目标材料Al_aFe_bCo_cNi_dM_x的原子百分比进行称量取用，M可以为钇(Y)、锆(Zr)、钼(Mo)元素中的一种或多种，其中18at.％≤a≤22at.％，18at.％≤b≤22at.％，18at.％≤c≤22at.％，38at.％≤d≤42at.％，0at.％≤x≤5at.％，a+b+c+d+x＝100。制备出的高熵合金表现出FCC相与BCC相共存的结构，具有高强度与塑性，表现为36％～42％的压缩塑性、870～970MPa的压缩屈服强度、2600～2800MPa的抗压强度和320～360HV_0.2的显微维氏硬度，且通过调控两相组织比例可以使合金获得更高强度或者更高塑性，具有强大的发展潜力。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种可调控双相组织的高强度高塑性高熵合金及其制备方法。

背景技术

传统的合金由一种或两种元素为主，通过加入微量的其他金属或非金属元素以改善其综合性能。传统的观点认为中添加过多的元素会使得合金中析出许多脆性的金属间化合物，导致合金力学性能下降。

2004年叶均蔚提出了一种新的合金设计理念—高熵合金，其由等摩尔比或近等摩尔比的五种或五种以上元素组成，每个元素的含量在5at.％～30at.％之间，元素之间没有溶剂元素与溶质元素之分。虽然添加的元素种类与含量较多，但高熵合金并没有像吉布斯相律所推测的那样出现许多新相与脆性金属间化合物，而是趋向于形成简单的固溶体结构，这使得高熵合金具有许多优异的性能，如具有高强度、高硬度、良好的耐磨性、耐腐蚀性、抗辐照性能等。

高熵合金具有的多主元设计理念使得其具有高的混合熵、缓慢的原子扩散速度、较大的晶格畸变，从而导致其趋向于形成简单FCC、BCC等单相结构。单相FCC结构的高熵合金如CrMnFeCoNi，具有优异的塑性，拉伸延伸率约为50％，但是其强度较低，屈服强度约为250MPa，抗拉强度约为550MPa；单相BCC结构的高熵合金如VNbMoTaW，其硬度较高，显微维氏硬度约为530HV₁，但其塑性不佳，拉伸延伸率不到5％。

总的来说，以单相为主要结构的高熵合金在力学性能上很难同时满足高强度与高塑性的需求，如何提供一种兼具高强度与高塑性的双相组织的高熵合金，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为克服现有的高熵合金难以达到强度与塑性的平衡的问题，本发明提供一种可调控双相组织的高强度高塑性高熵合金及其制备方法，以AlFeCoNi高熵合金为基础，通过添加钇(Y)、锆(Zr)、钼(Mo)中的一种或多种微量合金元素，使得制备出的高熵合金表现为FCC相与BCC相两相混合的结构，兼具良好的强度与优异的塑性。同时能够根据不同的工况需求，通过改变添加的合金元素含量，改变FCC与BCC两相之间的比例与两相的形态，从而调控高熵合金的力学性能，使得制备出的高熵合金具有更高强度或者更高塑性，拓宽了该制备方法的应用范围，对实现高熵合金的实际应用具有重大意义。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种可调控双相组织的高强度高塑性高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：