一种高强韧Cu-Ni-Co中熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强韧Cu

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于先进金属材料
，具体涉及一种高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]在人类发展史上，铜与铜合金的出现对人类的发展起到了至关重要的作用。随着不断发展，通过在铜的基础上添加不同的元素形成了黄铜、青铜、白铜三大类。基于铜元素的本质特性，铜合金往往具备优异的导电性、导热性，并在海水、淡水、大气及某些腐蚀介质中具有优异的耐蚀性能。并且由于铜的熔点较低，铜合金往往也表现出较为优异的铸造性能。此外，铜合金也能较好承受冷、热压力加工，加工性能良好。然而，尽管铜合金在功能性上表现优异，但是其作为结构材料而言力学性能具有一定局限性，铜合金的往往难以具备较高的屈服强度与抗拉强度，使得其在很多领域的运用受到了局限。
[0003]近年来，高熵合金这一概念的出现打破了传统合金单一主元的设计理念，在合金设计上提出了创新性的方法。2004年，我国学者叶筠蔚教授首先提出了高熵合金的定义：包含5种或5种以上的金属元素，每种组元所占原子百分比为5％至35％之间的合金(Yeh J W,Chen S K,Lin S J,et al.Nanostructured high
‑
entropy alloys with multiple principal elements:novel alloy design concepts and outcomes[J].Advanced engineering materials,2004,6(5):299
‑
303.)。同传统合金对比，高熵合金表现出了新的特点，其具有四大效应：高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应、鸡尾酒效应，同时也为合金的设计拓宽了思路。在对这一概念研究的日益深入，中熵合金的概念也被提出，即，具有三种主元的合金体系。中熵合金虽其混合熵值低于高熵合金，但其同样具备高熵合金的特性，表现出了深远的研究前景。
[0004]随着对中熵合金不断深入研究，越来越多具有优异性能的合金体系被挖掘，然而，对于含Cu体系的中熵合金的研究却有待深入。对于铜合金所固有的一些缺点，例如强度低、高温下晶粒易长大等，引入多主元的中熵合金设计思路能够对以上问题带来改善。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金，并提供其制备方法，以获得在室温下具有较高强度与塑性表现的Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金。
[0006]通过研究发现，Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金在铸态下呈现(Ni、Co)
‑
rich相与Cu
‑
rich相的双相异构组织，由于两相的熔点不同，再结晶速率不同，冷轧后再结晶退火，控制合金退火时间，从而形成高塑性的完全再结晶Cu
‑
rich区与高强度的部分再结晶(Ni、Co)
‑
rich区，达到合金高强韧的性能。另外由于Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金的迟滞扩散特性，使合金在经高温处理后其晶粒长大速率明显慢于铜合金。综上所述，Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金成分体系大大改善了铜合金原本所存在的力学性能不足的问题，并且拓宽了中熵合金体系。基于此，本专利技术对Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金体系进行了深入探索与研究，冀望通过中熵合金的迟滞扩散效应对合金的
晶粒长大起到抑制作用以降低退火过程中晶粒的长大速率，并且通过构建(Ni、Co)
‑
rich相与Cu
‑
rich相的双相异构组织，使材料拥有高强韧的表现。该专利技术扩大了含铜中熵合金的研究范围，并对后续的工程应用提供了可选方案。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金的制备方法，按照原子百分比，所述高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金的化学表达式为(CuNi)
100
‑
x
Co
x
，其中，x＝15～35；
[0009]制备方法包括如下步骤：
[0010]在惰性气体气氛下，按照原子配比将Cu、Ni、Co金属原料熔炼五次以上；然后进行冷轧，再进行短时高温热处理，得到高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金。
[0011]优选的，x＝15、20、25或30。
[0012]优选的，所述Cu、Ni、Co金属的纯度不低于99％；所述惰性气体为氩气；所述惰性气体气氛的气压为0.3
‑
1个大气压。
[0013]进一步优选的，所述氩气的纯度不低于99.99％。
[0014]优选的，所述熔炼次数为七次以上。
[0015]优选的，所述熔炼为真空电弧熔炼，参数为：电流300
‑
400A熔炼1
‑
2min；然后电流400
‑
500A熔炼1
‑
3min。
[0016]优选的，熔炼前先将熔炼炉腔体抽真空至小于等于5.5
×
10
‑3真空度，后通入惰性气体，对纯钛样品进行熔炼以吸收腔体内残留的氧气，若冷却后的纯钛样品依旧富有金属光泽则开始后续熔炼。
[0017]优选的，所述冷轧的变形量为70％
‑
95％。
[0018]优选的，所述短时高温热处理的温度为850
‑
1050℃，时间为0.5
‑
2min。
[0019]上述的制备方法制备得到的高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金。
[0020]优选的，所述高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金在室温下抗拉强度大于750MPa、屈服强度大于600MPa、伸长率大于20％。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0022](1)本专利技术通过选取Cu、Ni、Co元素作为主元设计为中熵合金，制备出了一种高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金材料，其通过一定的加工手段使其具备远超铜合金的力学性能。
[0023](2)本专利技术所提供的一种高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金的制备方法简单，通过真空电弧熔炼后得到的CuNiCo中熵合金样品在进行形变加工与回复再结晶热处理后表现出了优异的力学性能，其抗拉强度最优可达780MPa、屈服强度可达616M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金的制备方法，其特征在于，按照原子百分比，所述高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金的化学表达式为(CuNi)
100
‑
x
Co
x
，其中，x＝15～35；制备方法包括如下步骤：在惰性气体气氛下，按照原子配比将Cu、Ni、Co金属原料熔炼五次以上；然后进行冷轧，再进行短时高温热处理，得到高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金。2.根据权利要求1所述的高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金的制备方法，其特征在于，x＝15、20、25或30。3.根据权利要求1所述的高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金的制备方法，其特征在于，所述Cu、Ni、Co金属的纯度不低于99％；所述惰性气体为氩气；所述惰性气体气氛的气压为0.3
‑
1个大气压。4.根据权利要求3所述的高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金的制备方法，其特征在于，所述氩气的纯度不低于99.99％。5.根据权利要求1所述的高强韧Cu
‑
Ni
‑
Co中熵合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼为真空电弧熔炼，参数为：电流300
‑
400A熔炼1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维平，杨志勇，付志强，刘诗宇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：