一种新型铸态高延性高熵合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种新型铸态高延性高熵合金及其制备方法和应用，所述高熵合金的原子百分比表达式为：(FeCoNi)

【技术实现步骤摘要】
一种新型铸态高延性高熵合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及高熵合金铸造制备
，具体涉及一种新型铸态高延性高熵合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]高熵合金(High
‑
entropy alloys，HEAs)是近些年来发展的新型合金材料，它是由5种或者5种以上的合金元素以等原子比或者接近等原子比混合而成，每一元素含量在5at.％
‑
35at.％之间，没有任何一种元素占主导。高熵合金又可以称为多组元合金(multi
‑
principal element alloys，MPEAs)或者复杂的中间合金(complex concentratedalloys，CCAs)。根据固体中相结构及相形成规律，构成金属材料的元素组分越多，最终形成的相种类越多，结构越复杂，且易形成金属间化合物，恶化材料的力学性能。不过由于高熵效应，在高熵合金中，形成相的数量远低于理论相图计算结果中形成的相数量，且高熵合金中形成相的结构相对简单，各元素的原子无序随机的分布在晶格位置上，形成单一相的固溶体合金，在热力学上表现出高熵效应，在动力学上表现缓慢扩散效应，在结构上则表现出晶格畸变效应，具有较为优异的力学、耐腐蚀以及抗辐照性能。因此，高熵合金目前在结构材料、核工业、化工等领域受到越来越多的关注。同时，高熵合金也是目前学术界研究的热点材料。
[0003]近几年，随着对高熵合金研究的深入，人们发现由于铸造过程中的热膨胀和冷凝易使铸态合金出现内应力大、成分偏析，所以高熵合金的铸态组织缺陷较多，主要为铸态气孔，缩松以及微裂纹，严重限制了铸态合金的变形能力。为进一步提升合金的综合力学性能，众多研究学者采用铸态合金固溶处理+冷轧+再结晶处理+时效处理或合金固溶处理+热轧+时效处理的工艺提升材料的力学性能，该工艺在高熵合金性能调控领域取得了广泛的应用。如专利技术专利CN107760963B公开了一种含氮FeCoCrNiMn高熵合金，所用成分的原子百分数为：铁：5～35％；钴：5～35％；铬：5～35％；镍：5～35％；锰：5～35％；氮：0.01～0.3％。对熔炼后的铸锭进行锻造，再将锻造后的FeCoCrNiMnNx高熵合金进行在1100℃下保温6h的固溶处理，冷轧变形，对轧制后的合金在800℃下保温6h后，取出空冷，所得到的合金的塑性达到50～65％。专利技术专利CN113430445A公开了一种FeCrNiAlMoNb高熵合金及其制备方法，其成分为(摩尔百分比)Fe 30～46％、Cr 13～27％、Ni 15～37％、Al 0～10％、Mo 1～10％、Nb 0～9％，由以下步骤制备而成：(1)高熵合金的冶炼与铸造；(2)轧制(锻造及热轧和/或冷轧)；(3)热处理；制得的高熵合金的拉伸屈服强度可达950MPa，具有37％的延伸率。而上述方法使高熵合金的加工工业复杂化，过长的加工流程以及高能耗处理工艺显著降低了材料的经济效益，严重提高了高熵合金的应用门槛。且合金延性提高仍然有限，不能满足高熵合金材料工程化中日益增加的高需求。所以开发一种综合性能优异，造价低廉的铸态高延性高熵合金材料就显得尤为重要。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种新型铸
态高延性高熵合金及其制备方法，解决现有铸态高熵合金存在工艺复杂，材料制备流程长，能耗高，成本高以及延性性能不佳等问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种新型铸态高延性高熵合金，所述高熵合金的原子百分比表达式为：(FeCoNi)
Y
Cu
X
Al
25
‑
X
，10≤X≤15，70≤Y≤80。这样，得到的高熵合金具有较低的层错能，在变形过程中，全位错容易分成两个不全位错以平面滑移的方式移动，且前导部分位错与后部分位错可保持较宽间距，位错不容易出现交滑移，可使变形在材料中分布更加均匀，有效避免/延迟出现应力集中现象，从而能有效的增加材料延性。
[0006]作为优选地，所述高熵合金的原子百分比表达式为：(FeCoNi)
75
Cu
X
Al
25
‑
X
，10≤X≤15。
[0007]作为优选地，所述高熵合金中的FeCoNi由等原子比或近等原子比的元素组成。
[0008]作为优选地，所述高熵合金的密度不高于8g/cm3。
[0009]作为优选地，所述高熵合金的延伸率超过80％。
[0010]本专利技术的另一个目的还在于，提供了上述新型铸态高延性高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
[0011]1)采用纯度超过99.5wt％以上的Fe、Co、Ni、Cu、Al高纯金属为原料，并清除其表面氧化层和杂质，然后依次放入丙酮溶液和无水乙醇中超声清洗；
[0012]2)按照合金化学分子式称取所需质量的Fe、Co、Ni、Cu、Al金属原料，然后将各金属原料依次放进真空电弧熔炼炉炉腔中；
[0013]3)将电弧熔炼炉抽真空至5
×
10
‑3Pa，再向熔炼炉炉腔中充入高纯氩气，直至达到大气压力；
[0014]4)开启电弧熔炼炉，先将坩埚内的纯钛熔炼，吸收炉腔内残余氧气，再熔炼所述金属原料，熔炼结束后，冷却至室温后即得到所述铸态高延性高熵合金。
[0015]作为优选地，所述原料与丙酮溶液的体积比为1：8～1：10；所述原料与无水乙醇的体积比为1：10。
[0016]作为优选地，所述熔炼的电流为120～250A，每次熔炼使原料保持熔融状态3～5min。
[0017]作为优选地，所述冷却是在水冷铜坩埚中冷却合金熔液。
[0018]作为优选地，所述熔炼需要反复熔炼6～8次，期间需要翻转原料，使铸态高熵合金组织均匀。
[0019]本专利技术的另一个目的还在于，提供了上述新型铸态高延性高熵合金或上述方法制备的新型铸态高延性高熵合金在制备高延性结构材料中的应用；具体的，如汽车保险杠、极地环境中潜水器外壳等。
[0020]相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0021]1、本专利技术所提供的(FeCoNi)
Y
Cu
X
Al
25
‑
X
合金，10≤X≤15，70≤Y≤80，具有较低的层错能，在变形过程中，全位错容易分成两个不全位错以平面滑移的方式移动，且前导部分位错与后部分位错可保持较宽间距，位错不容易出现交滑移，可使变形在材料中分布更加均匀，有效避免/延迟出现应力集中现象，增加材料延性。且该合金晶界呈现出锯齿状形貌，此类晶界在变形过程中可有效减弱应力在晶界处的集中，延迟晶界微裂纹的形成，从而增强
材料的塑性变形能力，增加材料的延性。另外，本专利技术的高熵合金的晶粒尺寸较大，位错可移动区间较大，可适应较大的塑性变形。
[0022]2、本专利技术所制备的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型铸态高延性高熵合金，其特征在于，所述高熵合金的原子百分比表达式为：(FeCoNi)
Y
Cu
X
Al
25
‑
X
，10≤X≤15，70≤Y≤80。2.根据权利要求1所述新型铸态高延性高熵合金，其特征在于，所述高熵合金的原子百分比表达式为：(FeCoNi)
75
Cu
X
Al
25
‑
X
，10≤X≤15。3.根据权利要求1或2所述新型铸态高延性高熵合金，其特征在于，所述高熵合金中的FeCoNi由等原子比或近等原子比的元素组成。4.根据权利要求1所述新型铸态高延性高熵合金，其特征在于，所述高熵合金的密度不高于8g/cm3。5.根据权利要求1所述新型铸态高延性高熵合金，其特征在于，在进行室温拉伸性能测试中，所述高熵合金的延伸率超过80％。6.根据权利要求1～5任一项所述新型铸态高延性高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用纯度超过99.5wt％以上的Fe、Co、Ni、Cu、Al高纯金属为原料，并清除其表面氧化层和杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，张志彬，胡振锋，张舒研，井致远，梁秀兵，蒋斌，董志华，何维均，宋江凤，王翠红，郑志莹，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：