[发明专利]一种高强度高塑性多相高熵合金材料及其制备方法

说明书

本发明属于高熵合金技术领域，更具体地，涉及一种高强度高塑性多相高熵合金材料及其制备方法。该高熵合金材料化学组成为Fe_aCu_bNi_cBe_dV_x，其中10≤a≤35，5≤b≤35，10≤c≤35，10≤d≤35，5≤x≤20；且a+b+c+d+x＝100。本发明通过添加V元素形成高熵合金体系Fe‑Cu‑Ni‑Be‑V，改变钒元素和其他元素的比例，获得兼具强度和塑性的高熵合金。通过改变钒元素与其他元素的含量，调控高熵合金中金属间化合物的生成倾向，获得具有不同基体相组织的合金，从而控制高熵合金的强度和塑性，最终在提高高熵合金的强度的同时保留较大塑性。

技术领域

本发明属于高熵合金技术领域，更具体地，涉及一种高强度高塑性多相高熵合金材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展，高精尖领域的应用突破伴随着对材料性能的更高要求，要求金属材料具有高强度，同时兼具高韧性。因此，合金材料的增强增韧是重要研究方向之一。在材料的内部引入第二相粒子，可以有效地提高材料的强度，但塑性则一般降低。这种方法广泛应用于钢铁、铝基、铜基及非晶等各种金属材料。用于强韧化的第二相粒子通常不容易被位错剪切，具有较高的强度。常规的引入第二相强化的方法有原生和外加两种:原生常指通过合金化及工艺控制使得过饱和固溶体在适当温度下时效析出硬脆化合物的方法,如钢铁材料中析出弥散、细小金属间化合物及碳化物等；而外生多指以机械混入的方式加入第二相来增强基体,如氧化物弥散强化(ODS)钢、块体非晶材料中加入韧性第二相等。然而，传统合金允许的合金化程度有限，合金化元素含量增大时，易生成较大尺寸的第二相颗粒，强化作用有限，且急剧降低合金的塑性。如钒可添加于钢材中，少量添加的钒可以显著提高钢材的强度和耐热疲劳性能，常用于热做模具钢中。但增加钒的含量时，钢材基体中钒难以均匀分布，导致最终钢的韧性变差。第二相粒子通常具有与基体相不同的点阵常数和晶体结构，纳米析出相产生的共格应力易导致裂纹的萌生。以机械混入的方式加入的第二相颗粒需要具有比基体更高的熔点，强化相的种类选择存在一定限制。此外，以上两种方式均较难以控制第二相颗粒的均匀分布，限制了提高强度的效果。为了一定程度上恢复损失的塑性，第二相强化的材料常用热处理的方式进行后处理，而难以从元素组成上进行调控。

粉末烧结一定程度上能控制第二相颗粒的均匀分布。然而，由于第二相要求具有比基体更高的熔点，常采用高熔点陶瓷或者与基体相不同元素组成的材料作为第二相颗粒。第二相与基体内部结构存在较大差异时，变形模式相差较大，界面冶金结合实现困难，易导致所制备的复合材料性能不高。

不同于传统合金，高熵合金不存在单一的主元元素，由五种或五种以上元素混合形成，每种元素含量在5％-35％之间。高熵合金在成分调控上具有较大自由度，同时，由于基体原子间存在原子尺寸差异，具有普遍的晶格畸变，整体存在固溶强化的效果，对不同晶格常数的第二相粒子具有较高的适应性。高熵合金因其独特的原子结构与性能而受到广泛的关注。然而，单相高熵合金无法同时具备高屈服强度与高延展性。由于滑移体系的不同，单一面心立方(FCC)相高熵合金塑性较高强度较低，而体心立方(BCC)相高熵合金强度较高，塑性较差。因而，单相的高熵合金在工业应用中受到一定的制约。因此有必要开发多相的高熵合金来获得同时具有高强度和高塑性的成分。