[发明专利]一种调控析出相提高AlCrFeNiV系高熵合金力学性能的方法

说明书

本发明提供了一种调控析出相提高AlCrFeNiV系高熵合金力学性能的方法，调控析出相的AlCrFeNiV系高熵合金的化学式为Al_0.4Cr_0.7Fe_xNi₂V_0.2，x选自0.5、1或2，方法包括：称取金属单质铝、铬、铁、镍和钒，在氩气保护下，加热至熔化，得到合金锭；氩气保护下，继续加热重熔，浇铸成型，得到铸态高熵合金；超声后，置于真空环境或者氩气保护环境中，加热进行固溶处理，冷轧处理，退火即可；本发明通过合理的成分设计和匹配的热处理工艺，调控合金中析出相的种类以及含量，进而提升高熵合金的强度和塑韧性；本发明方案工艺流程短，操作方便，生产效率高，为开发强塑性匹配的析出强化型高熵合金提供新路径。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种调控析出相提高AlCrFeNiV系高熵合金力学性能的方法。

背景技术

高熵合金是由多种元素以等原子比或近等原子比合金化形成的一类倾向于形成简单固溶体结构的金属材料。不同于传统的以一元或二元为主的合金设计思想，高熵合金颠覆性的多主元合金设计理念使其具有独特的结构特征，因而表现出高强度、高硬度、良好的耐磨性、耐腐蚀、抗高温软化等优异性能，是一种发展潜力极大的新型金属结构材料。其中面心立方晶格(FCC)结构高熵合金因具有良好的塑性和低温韧性受到广泛关注。例如单相FCC结构的CoCrFeNiMn高熵合金屈服强度约为400Mpa，抗拉强度为760Mpa，断裂延伸率平均值为56％。

FCC结构的高熵合金低的室温强度限制了它们在工程结构中的广泛应用。因此，如何在FCC结构高熵合金中突破强度、塑性的平衡成为近年来材料领域的研究热点。研究表明，经典位错理论依然适用于高熵合金力学性能分析和调控。FCC和BCC晶体的塑性变形主要通过位错滑移进行。FCC晶体在较小的应力下，位错即可沿最密排面开动，可以采用多种方法阻碍位错运动来实现合金强化，包括固溶强化、细晶强化、析出强化等。与其它强化方法相比，析出强化对屈服强度的增强效果更为显著，且工艺流程简单。通常L1₂相强化的FCC结构高熵合金表现出良好的强度-塑性平衡，然而其强度仍不足以满足高性能结构应用的要求。通过设计制备具有共格和非共格析出相的高熵合金是实现强塑性良好匹配的有效途径之一，其关键是如何有效调控各析出相含量以达到改善合金性能的目的。本发明通过合理地调节合金成分和后续的冷加工及热处理工艺，制备出具有纳米尺度共格L1₂析出相和非共格BCC析出相的高熵合金，其力学性能大幅度提高。通过调控硬质BCC析出相的含量，所制备的高熵合金具有较大的力学性能范围区间，因而具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，目的是提供一种调控析出相提高AlCrFeNiV系高熵合金力学性能的方法，即通过合理的成分设计和匹配的热处理工艺调控合金中析出相的种类以及含量，提高AlCrFeNiV系高熵合金力学性能，从而拓展其工程应用。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

目的之一，本发明提供了一种调控析出相提高AlCrFeNiV系高熵合金力学性能的方法，其包括如下步骤：

(1)、按照化学式为Al_0.4Cr_0.7Fe_xNi₂V_0.2，其中，x选自0.5、1或2，并按照合金成分称取相应质量的金属单质Al、Cr、Fe、Ni和V，在氩气保护下，将金属原料加热至熔化进行合金化，得到合金锭；再在氩气保护下，将合金锭加热至熔化进行重熔5次以上，并浇铸成型，得到铸态高熵合金；

(2)、将铸态高熵合金超声清洗干净后，置于真空环境或者氩气保护环境中，加热进行固溶处理；然后进行冷轧处理，最后将冷轧样品退火，得到调控析出相AlCrFeNiV系高熵合金。

进一步地，步骤(1)中，金属单质铝、铬、铁、镍和钒的纯度均大于99.9％。