[发明专利]一种纳米相强化型亚共晶高熵合金及其制备方法

说明书

一种纳米相强化型亚共晶高熵合金及其制备方法，本发明涉及一种纳米相强化型亚共晶高熵合金及其制备方法，本发明的目的是为了解决现有铸态高熵合金强塑性匹配较差的问题，本发明纳米相强化型亚共晶高熵合金的通式为Nisubgt;5/subgt;Cosubgt;4/subgt;Crsubgt;1.5/subgt;Fesubgt;1.5/subgt;(TaAl)subgt;x/subgt;,其中0.4≤x≤1。本发明通过锁定Ta和Al的比例，调整(TaAl)在高熵合金中的含量x，最终设计并制备出不同成分的纳米相强化型亚共晶高熵合金。本发明纳米相强化型亚共晶高熵合金在铸态下即展现出极高的拉伸强度和一定的断裂应变，本发明应用于高熵合金领域。

技术领域

本发明涉及一种纳米相强化型亚共晶高熵合金及其制备方法。

背景技术

作为二十一世纪的新兴合金，高熵合金已经展现出超越传统合金的强大能力，符合工业发展所要求的高纯净度和超强服役性能，在航空航天领域、车辆工程、工业结构等领域展现出良好的应用前景。面心立方固溶体组成的高熵合金塑性高，但强度略低，这限制了高熵合金的应用。

近年来对于高熵合金强韧化的研究也迅速在发展壮大。为了解决上述问题，有学者提出共晶高熵合金以及纳米强化高熵合金的概念。共晶高熵合金由无序面心立方固溶体和有序体心立方固溶体，最典型的为AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金，合金整体的塑性损失相对严重；纳米强化高熵合金则是由纳米级的有序面心相作为强化相增加合金强度，合金的塑性保持在较高水平，但是强度提升的有限。两种高熵合金的设计理念都存在自身的优势和局限。在制备工艺方面，现有提高高熵合金的综合性能的方法一般为多：一是通过热处理制备存在纳米相的合金，二是通过轧制细化晶粒等方式提高合金力学性能。但热处理对于一些易氧化的合金如L12相强化型高熵合金，如果不采取氩气保护、真空保护等措施，合金性能会因热处理中氧化生成其他相或者在热处理过程中缺陷长大而大量损失性能。由于生产设备的限制，轧制态的合金更适用于中小型结构件，一些大直径大尺寸的制备需求轧制态的合金难以满足。同时相较于小尺寸轧制件，大尺寸的轧制件更容易出现裂纹、夹杂等缺陷因此，对于大型结构件的使用需求，铸态高熵合金仍有广阔的研究价值以及应用前景。同时面对未来越来越高的材料性能需求，也需要一种兼具高抗拉强度和塑性的铸态高熵合金。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有铸态高熵合金强塑性匹配较差的问题，提出一种纳米相强化型亚共晶高熵合金及其制备方法。

本发明一种纳米相强化型亚共晶高熵合金，由Ni、Co、Cr、Fe、Al和Ta元素组成，化学式为Ni₅Co₄Cr_1.5Fe_1.5(TaAl)_x；其中0.4≤x≤1。

本发明一种纳米相强化型亚共晶高熵合金的制备方法按以下步骤进行：一、按照Ni₅Co₄Cr_1.5Fe_1.5(TaAl)_x的摩尔比称取Ni、Co、Cr、Fe、Al和Ta，得到原材料；

二、对原材料进行清洗，然后置于非自耗真空电弧炉内部的坩埚中，再抽真空后充入氩气进行保护熔炼，冷却后，得到金属锭；

三、将金属锭反复熔炼2-4次，冷却得到纳米相强化型亚共晶高熵合金。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明纳米强化型亚共晶合金初生相为面心立方固溶体，后形成面心立方固溶体与Laves相固溶体的层片状共晶结构，在铸态下面心立方固溶体中即产生了纳米级沉淀相，常规获得纳米相的方式则需通过热处理，避免了热处理使合金可能产生的缺陷。