一种高熵合金的加工处理方法

技术领域

本发明涉及高熵合金材料技术领域，尤其是涉及一种高熵合金的加工处理方法。

背景技术

高熵合金是由五种或五种以上摩尔含量等量或大约等量金属形成的合金。与传统合金相比，高熵合金具有强度硬度高、抗断裂能力、抗腐蚀性、抗氧化性能优异等特点。面心立方(FCC)结构的高熵合金塑性好但是强度低，体心立方(BCC)结构的高熵合金强度高但塑性低，如何获得兼具高强度、高韧性、综合性能优异的高熵合金是高熵合金研究的一个难题。

当前高熵合金通常采用传统热处理或者等温热处理的方法来优化组织结构。公开号为CN114214579A的中国发明专利申请公布了一种高熵合金等温热处理方法，该方法是通过传统的等温处理加淬火的方式来细化晶粒，该方法可以增加材料的硬度，但是无法增加材料的塑性。公开号为CN114058924A的中国发明专利申请公开了一种提高CoCrNiCu高熵合金耐磨性能的方法，该方法需要在材料制备时加入塑性第二相，加工工艺复杂，而且该方法只能够提升材料的耐磨性。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种高熵合金的加工处理方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高熵合金的加工处理方法，包括以下步骤：

将待处理的高熵合金置于深冷等静压处理装置中，在深冷等静压处理装置中加满处理介质，在深冷高压环境下对高熵合金进行低温深冷和等静压处理。

进一步地，所述加工处理方法包括以下步骤：

S1，将待处理的高熵合金置于深冷等静压处理装置中，在深冷等静压处理装置中加满处理介质，然后密封；

S2，深冷等静压处理装置内部加压至100～600MPa，温度降至-200～-100℃，保温进行深冷等静压处理2～12h；

S3，处理结束后，释放深冷等静压处理装置内部压力至大气压，然后升高深冷等静压处理装置内部温度至室温；取出处理好的高熵合金材料；完成整个深冷等静压处理过程。

进一步地，所述深冷等静压处理的介质为液氮或者液氧。

优选地，所述深冷等静压处理的温度为-150～-100℃。

优选地，所述深冷等静压处理的时间为5～12h。

优选地，所述深冷等静压处理的压力为300～600MPa。

进一步地，所述深冷等静压处理的次数为一次。

进一步地，所述高熵合金为FCC结构或BCC结构。

优选地，所述高熵合金为过渡金属元素高熵合金。

本发明所具有的优点和有益效果是：

本发明采用深冷、等静压技术同时进行来处理高熵合金，通过低温深冷工艺和等静压工艺的综合作用，位错形貌发生变化，同时孪晶数量也会增加，合金中氧化物分布更加均匀，从而提高高熵合金的性能。同时该工艺方法简单，操作难度小，可以通过控制多个工艺参数如深冷温度、等静压压力、处理时间、介质等将高熵合金的性能参数达到所需的参数，可控性好。

附图说明

图1为本发明实施例处理高熵合金的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

为了获得兼具高强度、高韧性、综合性能优异的高熵合金，本发明提供一种高熵合金的加工处理方法，该方法包括：

采用低温深冷处理和等静压处理工艺相结合对高熵合金进行处理，通过两种工艺的配合来改善高熵合金的组织性能。低温深冷处理和等静压处理均是在真空密封环境下进行。深冷等静压处理完成后在自然环境下恢复至室温。

低温深冷处理工艺参数为：处理温度-200～-100℃，处理时间为2～12h，处理次数为1次，冷处理介质为液氮或者液氧。

等静压处理工艺参数为：压力100～600MPa，采用液氮或者液氧作为处理介质。

本发明通过结合低温深冷处理工艺和等静压处理工艺的优点，实现高熵合金的处理工艺，改善高熵合金的组织结构，提高组织中的位错密度和孪晶数量，使合金中氧化物的分布均匀性增加，从而提高高熵合金的综合力学性能和机械性能。试验证明经过深冷等静压处理完成的高熵合金的力学性能和机械性能得到显著提升。

下面通过具体实施例对本发明进行详细的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种FCC结构高熵合金Al

S1、将待处理的高熵合金置于深冷等静压处理装置中，在深冷等静压处理装置中加满液氮；密封深冷等静压处理装置；

S2、深冷等静压处理装置内部加压至300MPa、温度降低至-120℃，在深冷的状态下进行等静压处理，计时10h；

S3、处理结束后，首先释放深冷等静压处理装置内部压力，然后升高深冷等静压处理装置内部温度至室温；取出处理好的高熵合金材料；完成整个深冷等静压处理过程。

实施例2

本实施例提供一种BCC结构高熵合金AlCoCrFeNiTi

S1、将待处理的高熵合金置于深冷等静压处理装置中，在深冷等静压处理装置中加满液氮；密封深冷等静压处理装置；

S2、深冷等静压处理装置内部加压至300MPa、温度降低至-120℃，在深冷的状态下进行等静压处理，计时10h；

S3、处理结束后，首先释放深冷等静压处理装置内部压力，然后升高深冷等静压处理装置内部温度至室温；取出处理好的高熵合金材料；完成整个深冷等静压处理过程。

实施例3

本实施例提供一种FCC结构高熵合金CoCrFeMnNi的加工处理方法，包括以下步骤：

S1、将待处理的高熵合金置于深冷等静压处理装置中，在深冷等静压处理装置中加满液氮；密封深冷等静压处理装置；

S2、深冷等静压处理装置内部加压至400MPa、温度降低至-130℃，在深冷的状态下进行等静压处理，计时12h；

S3、处理结束后，首先释放深冷等静压处理装置内部压力，然后升高深冷等静压处理装置内部温度至室温；取出处理好的高熵合金材料；完成整个深冷等静压处理过程。

实施例4

本实施例提供一种FCC结构高熵合金CoCrFeNi的加工处理方法，包括以下步骤：

S1、将待处理的高熵合金置于深冷等静压处理装置中，在深冷等静压处理装置中加满液氮；密封深冷等静压处理装置；

S2、深冷等静压处理装置内部加压至500MPa、温度降低至-100℃，在深冷的状态下进行等静压处理，计时7h；

S3、处理结束后，首先释放深冷等静压处理装置内部压力，然后升高深冷等静压处理装置内部温度至室温；取出处理好的高熵合金材料；完成整个深冷等静压处理过程。

实施例5

本实施例提供一种FCC结构高熵合金CoCrMnNi的加工处理方法，包括以下步骤：

S1、将待处理的高熵合金置于深冷等静压处理装置中，在深冷等静压处理装置中加满液氧；密封深冷等静压处理装置；

S2、深冷等静压处理装置内部加压至200MPa、温度降低至-140℃，在深冷的状态下进行等静压处理，计时5h；

S3、处理结束后，首先释放深冷等静压处理装置内部压力，然后升高深冷等静压处理装置内部温度至室温；取出处理好的高熵合金材料；完成整个深冷等静压处理过程。

实施例6

本实施例提供一种BCC结构高熵合金AlCoCrCuFeNi的加工处理方法，包括以下步骤：

S1、将待处理的高熵合金置于深冷等静压处理装置中，在深冷等静压处理装置中加满液氧；密封深冷等静压处理装置；

S2、深冷等静压处理装置内部加压至600MPa、温度降低至-110℃，在深冷的状态下进行等静压处理，计时11h；

S3、处理结束后，首先释放深冷等静压处理装置内部压力，然后升高深冷等静压处理装置内部温度至室温；取出处理好的高熵合金材料；完成整个深冷等静压处理过程。

实施例7

本实施例提供一种FCC结构高熵合金CoFeMnNi的加工处理方法，包括以下步骤：

S1、将待处理的高熵合金置于深冷等静压处理装置中，在深冷等静压处理装置中加满液氮；密封深冷等静压处理装置；

S2、深冷等静压处理装置内部加压至100MPa、温度降低至-150℃，在深冷的状态下进行等静压处理，计时2h；

S3、处理结束后，首先释放深冷等静压处理装置内部压力，然后升高深冷等静压处理装置内部温度至室温；取出处理好的高熵合金材料；完成整个深冷等静压处理过程。

实施例8

本实施例提供一种FCC结构高熵合金WNbMoTa的加工处理方法，本实施例与实施例5的区别仅仅在于待处理材料为难熔高熵合金WNbMoTa，其余同实施例5。

实施例9

本实施例提供一种BCC结构难熔高熵合金WNbMoTaV的加工处理方法，本实施例与实施例5的区别仅仅在于待处理材料更换为难熔高熵合金，其余同实施例5。

实施例10

本实施例提供一种BCC结构难熔高熵合金TaNbHfZrTi的加工处理方法，本实施例与实施例5的区别仅仅在于待处理材料更换为难熔高熵合金，其余同实施例5。

实施例11

本实施例提供一种BCC结构难熔高熵合金Al

实施例12

本实施例提供一种BCC结构高熵高温合金NbTiVZr的加工处理方法，本实施例与实施例5的区别仅仅在于待处理材料更换为高熵高温合金，其余同实施例5。

实施例13

本实施例提供一种BCC结构高熵高温合金CrNbTiVZr的加工处理方法，本实施例与实施例5的区别仅仅在于待处理材料更换为高熵高温合金，其余同实施例5。

对比例1

本对比例提供一种BCC结构高熵合金AlCoCrFeNiTi

对比例2

本对比例提供一种BCC结构高熵合金AlCoCrFeNiTi

对比例3

本对比例提供一种FCC结构高熵合金CoCrMnNi的加工处理方法，本对比例与实施例5的区别在于无深冷，即步骤S2直接将装置内部加压至600MPa、在常温状态下进行等静压处理，计时5h。其余同实施例5。

对比例4

本对比例提供一种FCC结构高熵合金CoCrMnNi的加工处理方法，本对比例与实施例5的区别在于无静压，即步骤S2直接将装置内部温度降低至-140℃，在深冷的状态下常压处理，计时5h。其余同实施例5。

针对上述实施例1-13和对比例1-4得到的合金进行密度和力学性能测试，在万能电子试验机上进行其室温拉伸力学性能的测试，维式硬度计测量试样的硬度。测定了上述实施例1-13和对比例1-4的合金材料的抗压强度、硬度和延伸率，其结果如表1所示：

表1实施例1-13和对比例1-4的合金材料的性能结果

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由表1可知：按照实施例1-7所述的方法对过渡元素高熵合金进行加工处理后，相较于处理前，过渡元素高熵合金的抗拉强度、硬度和延伸率方面都有了极大的提升。这表明通过深冷等静压处理可以显著增加过渡元素高熵合金的力学性能。

按照实施例8-11所述的方法对难熔高熵合金进行加工处理后，难熔高熵合金的各项力学性能同样有一定的提升，但是提升幅度较小，没有过渡元素高熵合金处理后提升的幅度大；按照实施例12、13所述的方法对高熵高温合金进行加工处理后，相较于处理前，高熵高温合金的抗拉强度、硬度和延伸率方面有一些提升，较过渡元素高熵合金和难熔高熵合金的提升不明显。这表明深冷等静压处理同样可以用于增加难熔高熵合金、高熵高温合金的力学性能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。