一种高延展性的高熵合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高熵合金领域，具体为一种高延展性的高熵合金材料及其制备方法。

背景技术

高熵合金(HEA)的概念为合金设计带来了新的思路。它打破了传统合金中具有一种或两种主要元素的限制，因为多种主元素在HEA系统中发挥作用，每种主元的含量为5％～35％的一类新型合金，具有高强度、高硬度，良好的耐磨性、耐腐蚀性与抗疲劳性，优异的低温和高温力学性能，潜在的软磁学性能等优于传统合金的性能。

目前，一个新的趋势是开发具有单相、双相或多相固溶体的非等原子高熵管，这增强了高熵合金设计的灵活性。这种非等原子高熵反应大大拓宽了高熵合金的组成空间，因此，与等原子高熵合金相比，探索新型非等原子高熵合金组合物的努力正在增加，以进一步改善性能，特别是提高材料的延展性有着很高的要求，这人是当下急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高延展性的高熵合金材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明中合金各组分及质量比为：Fe40％、Ni20％、Co20％、Cr20％。

本发明所提供的一种高延展性的高熵合金材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将40份的Fe、20份的Co、20份的Ci、20份的N i用天平称取原料(均为纯元素且纯度>99.8％)。将称取的原料用酒精去除表面污渍，用吹风机吹干混合均匀放入真空电弧熔炼炉铜坩埚中。

(2)熔炼前反复用高纯氩气洗气3次，去除电弧炉中吸附的氧气，最后利用分子泵将炉内气压抽取到5×10-3Pa，随后充入0.005MPa高纯氩气。合金锭反复熔炼5次以确保成分均匀性。

(3)热轧温度900℃，每道次0.5mm，总下压量50％，由10mm-5mm。

(4)低温轧制，轧制前浸泡液氮中15min，每道次下压量0.3mm，每轧制一次再浸泡入液氮5min，总下压量80％，由5mm-1mm。

(5)最后将冷轧板在真空环境中800℃退火10min。

综上所述，本发明有益效果是：

1、本发明中该成分Fe的含量均高于其余Co、Cr、Ni元素，同时相比于cantor合金(Fe Mn Ni Co Cr)中Fe元素的含量大大增加，降低了开发的成本。

2、本发明采用的工艺为简单的挤压和热处理工艺，工艺操作简单，易于控制，提高了生产效率，便于推进合金工业化应用。

3、合金高温延伸率可达125.7％，为二次成型及其工业化生产奠定了基础。

附图说明

为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1在650℃、100Mpa下蠕变-时间图；

图2为对比例1在650℃、100Mpa下蠕变-时间图；

图3为对比例2在650℃、100Mpa下蠕变-时间图；

图4为对比例3在650℃、100Mpa下蠕变-时间图；

图5为实施例1与对比例1、2、3性能对比图。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

本申请实施例提供一种高延展性的高熵合金材料及其制备方法，包括如下步骤：

将40份的Fe、20份的Co、20份的Cr、20份的N i用天平称取原料(均为纯元素且纯度>99.8％)。将称取的原料用酒精去除表面污渍，用吹风机吹干混合均匀放入真空电弧熔炼炉铜坩埚中。熔炼前反复用高纯氩气洗气3次，尽可能去除电弧炉中吸附的氧气，最后利用分子泵将炉内气压抽取到5×10-3Pa，随后充入0.005MPa高纯氩气，一方面保护熔体，另一方面作为电离介质。合金锭反复熔炼5次以确保成分均匀性。热轧温度900℃，每道次0.5mm，总下压量50％，由10mm-5mm。低温轧制，轧制前浸泡液氮中15min，每道次下压量0.3mm，每轧制一次再浸泡入液氮5min，总下压量80％，由5mm-1mm。最后将冷轧板在真空环境中800℃退火10min。

对比例1

一种高延展性的高熵合金材料，包括Fe、Co、Cr、Ni，各组分的成分原子百分比为：40％、20％、20％、20％。

制备方法：将粉末在真空条件下在60℃下干燥12小时，将混合的粉末通过SLM方式进行3D打印，选择用于制造的SLM参数为：激光功率180W，扫描速度800mm/s，舱口间距0.12mm，层厚30μm和激光光斑直径60μm，并且在氩气的环境下进行打印。

对比例2

一种高延展性的高熵合金材料，包括Fe、Co、Cr、Ni，各组分的成分原子百分比为：25％、25％、25％、25％。

制备方法：将混合粉末通过真空感应熔融制备。将铸锭在空气中在约1100℃下热轧以生产薄板。将热轧板在空气中在1050℃下退火1小时并水淬。

对比例3

一种高延展性的高熵合金材料，包括Fe、Co、Cr、Ni、Mn，各组分的成分原子百分比为：20％、20％、20％、20％、20％。

制备方法：将混合粉末通过真空感应熔融制备。将铸锭在空气中在约1100℃下热轧以生产薄板。将热轧板在空气中在1050℃下退火1小时并水淬。

表1本发明高尚合金性能对比

以上所述，仅为发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在发明的保护范围之内。因此，发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。