一种多尺度组织复合强化型高熵合金及其制备方法

本发明属于高熵合金，尤其涉及一种多尺度组织复合强化型高熵合金及其制备方法。

背景技术：

1、高熵合金在各种极端条件下展现出了优异的性能，如高温、低温强度，耐腐蚀、抗辐照等，其中，面心立方结构的高熵合金高延展性但屈服强度相对较低，被认为是进一步强化的良好基础，因此，提高面心立方高熵合金的强度是近年来的研究热点。通过采用细晶、加工硬化、沉淀强化、短程有序short range order(sro)组织等强化机制可以提高面心立方高熵合金的强度，尤其是析出强化高熵合金具有优异的力学性能和独特的变形行为，引起了人们的极大关注，例如，将al、ti、nb、mo合金化到cocrfeni面心立方高熵合金中，可以提高强度，但代价是塑性降低，此外，还观察到nb、mo、v、ta和w等难熔合金元素使高熵合金更适合高温应用，但在提高抗压强度的同时降低了它们的抗拉强度，这可能是由于这些高熵合金中的析出物相对较大，限制析出物的强化效果。因此，对于更广泛的应用，实现抗压和抗拉强度之间的性能平衡是研究人员面临的挑战之一。

2、综上所述，现有合金体系中，多采用单一的合金化元素如al、ti、nb、mo、y、ta等对cocrfeni面心立方高熵合金进行合金化，即将co、cr、fe、ni和其他某种合金化元素通过真空电弧熔炼炉进行熔炼，所得到的合金的析出相均为单一的微米尺度的金属间化合物，析出相和基体间没有明显的位相关系，在提升强度的同时会极大削弱合金的塑性，这些化合物硬脆化合物如果不合理调控，会使合金变得硬脆，金属式样未到达或刚到达屈服阶段就会发生断裂。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种多尺度组织复合强化型高熵合金，旨在解决上述背景技术提出的问题。

2、本发明实施例是这样实现的，一种多尺度组织复合强化型高熵合金，所述高熵合金由元素co、cr、fe、ni、nb、mo组成，所述高熵合金以原子比计的通式为cocrfeninbxmo0.4-x，其中，所述x=0.1-0.3；

3、在铸态条件下，cocrfeninbxmo0.4-x高熵合金组织为fcc基体和微米级laves相结构；

4、在退火处理后，cocrfeninbxmo0.4-x高熵合金包括fcc基体、微米级laves相以及原子级sro结构。

5、本发明实施例的另一目的在于提供一种多尺度组织复合强化型高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

6、按照目标原子比，将金属颗粒co、cr、fe、ni、nb、mo进行熔炼，得到铸态合金；

7、将铸态合金进行退火处理，用水淬火，即可得到所述多尺度组织复合强化型高熵合金，其中，所述退火处理的温度为600-800℃。

8、优选地，将铸态合金进行退火处理的步骤中，所述退火处理的温度为700-800℃。

9、优选地，将铸态合金在700-800℃下进行退火处理，得到的多尺度组织复合强化型高熵合金微观组织为fcc基体、微米级laves相、纳米级hcp相以及原子级sro结构。

10、优选地，将金属颗粒co、cr、fe、ni、nb、mo进行熔炼的步骤前，还包括在氩气气氛保护下，用ti锭除氧的步骤。

11、优选地，将金属颗粒co、cr、fe、ni、nb、mo进行熔炼的步骤中，所述金属原料的纯度为99.9%。

12、优选地，将金属颗粒co、cr、fe、ni、nb、mo进行熔炼的步骤中，所述熔炼具体为将金属颗粒熔炼成纽扣锭，冷却后翻转，重复熔炼5次以上。

13、本发明实施例提供的一种多尺度组织复合强化型高熵合金，针对现有技术中合金体系析出相尺度单一，且粗大，并且析出相和基体间没有明显的位相关系，强化效果有限，同时对金属塑性有很大削弱，金属强度难以得到充分发挥即发生脆性断裂的问题，通过诱导多尺度析出物和sro来构建多尺度组织进行解决，构建多尺度析出相和sro的复合微观结构，在保证一定塑性的条件下提升合金的屈服强度和极限强度，nb和mo元素复合合金化后，基体中生成了微米级的第二相，第二相与基体呈共晶组织，层片状析出，经过退火处理后得到最终合金，合金基体内有密集的纳米级析出相和原子级的sro生成，同时大片的层片状组织减少，变成了不规则形状的条状，铸态合金退火后屈服强度和极限拉伸强度可以达到751mpa和1.1gpa，强度提升超过50%，同时还能保持15.14%的延伸率，延伸率仅降低2%。

技术特征：

1.一种多尺度组织复合强化型高熵合金，其特征在于，所述高熵合金由元素co、cr、fe、ni、nb、mo组成，所述高熵合金以原子比计的通式为cocrfeninbxmo0.4-x，其中，所述x=0.1-0.3；

2.一种如权利要求1所述的多尺度组织复合强化型高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的多尺度组织复合强化型高熵合金的制备方法，其特征在于，将铸态合金进行退火处理的步骤中，所述退火处理的温度为700-800℃。

4.根据权利要求3所述的多尺度组织复合强化型高熵合金的制备方法，其特征在于，将铸态合金在700-800℃下进行退火处理，得到的多尺度组织复合强化型高熵合金微观组织为fcc基体、微米级laves相、纳米级hcp相以及原子级sro结构。

5.根据权利要求2所述的多尺度组织复合强化型高熵合金的制备方法，其特征在于，将金属颗粒co、cr、fe、ni、nb、mo进行熔炼的步骤前，还包括在氩气气氛保护下，用ti锭除氧的步骤。

6.根据权利要求2所述的多尺度组织复合强化型高熵合金的制备方法，其特征在于，将金属颗粒co、cr、fe、ni、nb、mo进行熔炼的步骤中，所述金属原料的纯度为99.9%。

7.根据权利要求2所述的多尺度组织复合强化型高熵合金的制备方法，其特征在于，将金属颗粒co、cr、fe、ni、nb、mo进行熔炼的步骤中，所述熔炼具体为将金属颗粒熔炼成纽扣锭，冷却后翻转，重复熔炼5次以上。

技术总结
本发明适用于高熵合金技术领域，提供了一种多尺度组织复合强化型高熵合金，由元素Co、Cr、Fe、Ni、Nb、Mo组成，以原子比计的通式为CoCrFeNiNbxMo0.4‑x，所述x=0.1‑0.3；在铸态条件下，CoCrFeNiNbxMo0.4‑x高熵合金组织为FCC基体和微米级Laves相结构；在退火处理后，CoCrFeNiNbxMo0.4‑x高熵合金包括FCC基体、微米级Laves相以及原子级SRO结构。本发明还提供了一种多尺度组织复合强化型高熵合金的制备方法，包括以下步骤：按照目标原子比，将金属颗粒Co、Cr、Fe、Ni、Nb、Mo进行熔炼，得到铸态合金；将铸态合金进行退火处理，用水淬火，即可得到所述多尺度组织复合强化型高熵合金，退火处理的温度为600‑800℃。本发明构建多尺度析出相和短程有序的复合微观结构，在保证一定塑性的条件下提升合金的屈服强度和极限强度。

技术研发人员：樊锐,巨勇智,徐成,李明,李雪梅,刘萌,王鑫,郑立佳
受保护的技术使用者：齐齐哈尔大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14