[发明专利]一种具有多级沉淀强化的B掺杂高熵合金耐磨材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及合金耐磨材料技术领域，尤其涉及一种具有多级沉淀强化的B掺杂高熵合金耐磨材料及其制备方法。本发明提供的具有多级沉淀强化的B掺杂高熵合金耐磨材料，按照原子百分含量计，包括Al1.0～6.0％，Co20～45％，Fe8～24％，Ni20～45％，Ti2.2～11.2％和B1.0～26％。本发明利用硼原子引发的间隙固溶强化效应以及微米级TiBsubgt;2/subgt;和纳米析出相FCC2诱导的多级沉淀强化效应，获得同时兼具高硬度、高强度和优异耐磨性的高熵合金。相比于Stellite‑6耐磨合金，所述B掺杂高熵合金耐磨材料在25～800℃不仅具有更优异的耐磨性能，还对战略资源钴的消耗量降低了50％以上。

技术领域

本发明涉及合金耐磨材料技术领域，尤其涉及一种具有多级沉淀强化的B掺杂高熵合金耐磨材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代工业的快速发展，由于摩擦磨损而导致的机械运动部件失效问题越发突出。传统金属耐磨材料由于力学和耐磨性能难以达到平衡，且存在对单一战略金属镍和钴消耗严重以及种类单一等缺点，难以根据特殊服役工况选择合适的耐磨材料，这导致传统耐磨材料难以满足我国高端装备对高性能耐磨材料的需求。因此，研制具有高强度、高韧性以及高耐磨性的新型合金成为解决上述问题的有效途径。高熵合金是突破传统合金设计理念壁垒的新型合金设计思路，简单的物相组成使其具有传统金属材料难以比拟的性能优势，如高强度、高硬度、高韧性和优异的耐磨性，这使其作为新兴耐磨材料有着广阔的应用潜力。

根据高熵合金的组织结构分类，高熵合金包括面心立方(FCC)高熵合金，体心立方(BCC)高熵合金以及密排六方(HCP)高熵合金。其中以Al、Co、Cr、Fe、Ni、Mn和Ti等元素为主要成分的FCC高熵合金具有塑性好、断裂韧性高和抗压强度高等特点，在工程领域表现出较大的应用潜力。但是FCC结构高熵合金普遍存在屈服强度低、硬度小和耐磨性差等缺点，作为机械运动部件材料使用容易因开裂和磨损而导致相关部件失效，引发灾难性后果，这极大的限制了FCC结构高熵合金作为耐磨材料的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多级沉淀强化的B掺杂高熵合金耐磨材料及其制备方法和应用，所述高熵合金耐磨材料兼具高强度、高硬度和优异的耐磨性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种具有多级沉淀强化的B掺杂高熵合金耐磨材料，按照原子百分含量计，包括Al 1.0～6.0％，Co 20～45％，Fe 8～24％，Ni 20～45％，Ti 2.2～11.2％和B1.0～26％。

优选的，按照原子百分含量计，包括Al 1.0～4.0％，Co 25～40％，Fe 12～20％，Ni 22～35％，Ti 5.0～10.0％和B 6～21％。

优选的，按照原子百分含量计，包括Al 1.5～3.0％，Co 26～29％，Fe 13～15％，Ni 26～30％，Ti 6.5～7.5％和B17～22％。

优选的，所述B掺杂高熵合金耐磨材料的硬度≥6.62GPa，25℃～800℃的磨损率≤5.72×10^-5mm³·N^-1·m^-1。

本发明还提供了上述技术方案所述的具有多级沉淀强化的B掺杂高熵合金耐磨材料的制备方法，包括以下步骤：

按照所述高熵合金耐磨材料的元素组成，将Al、Co、Fe、Ni、Ti和B单质混合后，重复依次进行的电弧熔炼和翻转铸锭，得到所述具有多级沉淀强化的B掺杂高熵合金耐磨材料。

优选的，所述混合为按照Al、Ni、Co、B、Fe和Ti的顺序依次添加。

优选的，进行所述电弧熔炼前还包括洗炉；