一种用于焊接的中熵合金材料及焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种用于焊接的中熵合金材料及焊接方法，涉及焊接材料技术领域，其中，所述中熵合金材料的成分为CrCoNi，按照以下原子百分比组成，其中Cr为20％～50％，Co为20％～50％，Ni为20％～50％，总的百分比为100％。本发明专利技术还公开了应用所述中熵合金材料的焊接方法进行金属材料焊接，尤其是异种金属材料焊接。本发明专利技术利用中熵合金中的“扩散阻滞”效应，延缓甚至阻止焊接过程中异种材料的扩散，防止了各种脆性中间相的形成，极大提升了焊缝机械性能，且涉及的元素较少，配制简单，易于实现工业化生产，同时具有成本低、环境友好等优点。

A Medium Entropy Alloy Material for Welding and Its Welding Method

The invention discloses a medium-entropy alloy material for welding and a welding method, which relates to the technical field of welding materials. The composition of the medium-entropy alloy material is CrCoNi, which is composed of the following atomic percentages: Cr20%-50%, Co20%-50%, Ni 20%-50%, and the total percentage is 100%. The invention also discloses the application of the welding method of the medium entropy alloy material to the welding of metal materials, in particular to the welding of dissimilar metal materials. The invention utilizes the \diffusion retardation\ effect in medium-entropy alloy to delay or even prevent the diffusion of dissimilar materials in welding process, prevents the formation of various brittle intermediate phases, greatly improves the mechanical properties of welds, and has the advantages of fewer elements involved, simple preparation, easy realization of industrial production, low cost, environment friendliness, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种用于焊接的中熵合金材料及焊接方法
本专利技术涉及焊接材料
，尤其涉及一种用于焊接的中熵合金材料及焊接方法。
技术介绍
金属材料的焊接广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工、核电等领域，是诸多装备制造过程中必不可少的关键环节。然而，焊接接头，尤其是某些异种材料的焊接接头，由于材料中元素组分在熔化及加热过程中的互扩散，极易在焊接接头区域产生脆性金属间化合物相，从而导致焊接接头及整体结构力学性能急剧下降，极大地限制了熔化焊接的工程应用。目前，采用与焊接对象不同的金属材料作为隔离层，杜绝焊接材料的直接接触，是实现异种材料高质量焊接的有效方法之一。高熵合金(HighEntropyAlloy，HEA)是多主元合金的一个分支，意为五种或以上元素组成的单相合金，其概念首先于2004年被提出。在高熵合金中，多种原子半径各异，带来极大的晶格畸变导致原子的扩散极为困难，此所谓“扩散阻滞”效应。此外，高熵合金中还有“高熵效应”、“鸡尾酒效应”、“晶格畸变效应”，共四种核心效应，决定了高熵合金相对于传统金属材料的巨大差别。中熵合金则是近些年来在高熵合金基础上发展出的又一类新概念，意为主元素为三元的单相合金。中熵合金中同样有着“扩散阻滞”效应，且强韧性匹配一般较高熵合金更优。目前，国内专家对此做过大量研究，中国专利技术专利CN108866417A利用在中熵合金CoCrNi体系中加入Mn元素来提高抗拉强度和延伸率。中国专利技术专利CN108998714A.利用真空熔炼面心立方(FCC)单相CoCrNi母合金-真空熔炼体心立方(BCC)单相AlTiNi中间合金，母合金和中间合金重熔吸铸-均匀化退火-时效处理-固溶处理获得FCC+BCC双相中熵合金。以上两种合金均以CrCoNi中熵合金为基体，通过添加其他元素或相以获得更高的强度、耐蚀性等。但若将此类中熵合金用于焊接，人为引入其它相则会导致更多脆性中间相的产生，显著削弱焊接性能。使用高熵合金作为焊接材料也是近年来国内研究热点之一。中国专利技术专利CN104476010A公开了可用于TIG焊钛/不锈钢的TiFeCrCuNi体系高熵合金焊丝，中国专利技术专利CN108161278A、CN108161276A、CN108161277A、CN107999991A等公开了FeAlCoCrNiCu、FeMgCrNiCu、FeAlCoCrNiCu、FeTiCoCrNiCu等多种体系的高熵合金焊丝，可分别用于铝-钢MIG焊、镁-钢MIG焊、铝-钢埋弧焊、钛-钢MIG焊等异种材料焊接，实现了焊缝的高熵化，能得到具有优良强度和韧性的焊缝。但相较中熵合金，高熵合金的强韧匹配往往较差，且在低温下的机械性能一般弱于中熵合金。此外，参与元素过多导致的工艺复杂，生产难以实现工业化也是其面对的挑战之一。因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于焊接的中熵合金材料及焊接方法，利用中熵合金中的“扩散阻滞”效应，延缓甚至阻止焊接过程中异种材料的扩散，防止各种脆性中间相的形成，提升焊缝机械性能，且具有涉及的元素较少，配制简单，易于实现工业化生产，成本低、环境友好等优点，解决金属材料焊接，尤其是异种金属材料焊接中的焊缝的强度和韧性低的问题。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种用于焊接的中熵合金材料及焊接方法，解决金属材料焊接，尤其是异种金属材料焊接中的焊缝的强度和韧性低的问题，且具有配置简单、易于实现工业化生产、成本低、环境友好等优点。为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于焊接的中熵合金材料，所述中熵合金材料的成分为Cr、Co、Ni，按照以下原子百分比组成，其中Cr为20％～50％，Co为20％～50％，Ni为20％～50％，总的百分比为100％。进一步地，所述中熵合金材料具有粉体、焊丝、薄片三种形式。进一步地，所述中熵合金材料为所述粉体形式时，为10～200μm的粉末态，成分配方为Cr含量20％～50％，Co含量20％～50％，Ni含量20％～50％。进一步地，所述中熵合金材料为所述焊丝形式时，为直径0.5～5mm的丝状，成分配方为Cr含量20％～50％，Co含量20％～50％，Ni含量20％～50％。进一步地，所述中熵合金材料为所述薄片形式时，为厚度0.1～5mm的片状，成分配方为Cr含量20％～50％，Co含量20％～50％，Ni含量20％～50％。本专利技术还提供了一种使用所述用于焊接的中熵合金材料的焊接方法，在焊接过程中，在金属焊接过程中，将所述中熵合金材料用于焊接；所述中熵合金材料的形式为粉体、焊丝、薄片中的任意一种；所述金属属于同种金属或异种金属。进一步地，所述焊接方法包括以下步骤：步骤A1、将需要焊接的金属母材的焊接处进行预处理：将油污、生锈和杂质、灰尘处理掉，并打磨至光滑；步骤A2、搭建焊接系统，所述焊接系统至少包括焊接热源；步骤A3、进行焊接，将所述中熵合金送入熔池，使其与焊接处熔化并结合；步骤A4、冷却后进行打磨、抛光。进一步地，所述中熵合金材料呈粉体或焊丝形式时，通过将需要焊接的金属母材进行开V形坡口处理，作为所述焊接处；在所述步骤A2中，所述焊接系统还包括送料装置；在所述步骤A3中，通过所述送料装置将所述中熵合金材料送入熔池。进一步地，所述中熵合金材料呈薄片形式时，所述焊接处为所述金属母材之间的对接面；在所述步骤A2中，所述焊接系统仅包括焊接热源，并将所述中熵合金材料夹装在所述对接面中；在焊接时，所述中熵合金材料在所述热源的作用下与所述焊接处熔化并结合。进一步地，所述热源为激光器。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：(1)利用中熵合金中的“扩散阻滞”效应，延缓甚至阻止了焊接过程中异种材料的扩散，防止了各种脆性中间相的形成，极大提升了焊缝机械性能；(2)涉及的元素较少，配制简单，易于实现工业化生产；(3)成本低、环境友好。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的采用粉体形式的CrCoNi中熵合金进行焊接的示意图；图2是本专利技术的一个较佳实施例采用的粉体形式的CrCoNi中熵合金的扫描电镜照片；图3是本专利技术的另一个较佳实施例的采用焊丝形式的CrCoNi中熵合金进行焊接的示意图；图4是本专利技术的另一个较佳实施例的采用薄片形式的CrCoNi中熵合金进行焊接的示意图；图5是本专利技术的较佳实施例制备的CrCoNi中熵合金的XRD衍射图谱。其中，1-母材材料A，2-母材材料B，3-激光器，4-送粉系统，5-送丝系统，6-粉体形式中熵合金材料，7-焊丝形式中熵合金材料，8-薄片形式中熵合金材料。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。本专利技术将中熵合金材料用于金属材料焊接，尤其适用于异种金属材料的焊接。中熵合金材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于焊接的中熵合金材料，其特征在于，所述中熵合金材料的成分为Cr、Co、Ni，按照以下原子百分比组成，其中Cr为20％～50％，Co为20％～50％，Ni为20％～50％，总的百分比为100％。

【技术特征摘要】
1.一种用于焊接的中熵合金材料，其特征在于，所述中熵合金材料的成分为Cr、Co、Ni，按照以下原子百分比组成，其中Cr为20％～50％，Co为20％～50％，Ni为20％～50％，总的百分比为100％。2.如权利要求1所述的用于焊接的中熵合金材料，其特征在于，所述中熵合金材料具有粉体、焊丝、薄片三种形式。3.如权利要求2所述的用于焊接的中熵合金材料，其特征在于，所述中熵合金材料为所述粉体形式时，为10～200μm的粉末态，成分配方为Cr含量20％～50％，Co含量20％～50％，Ni含量20％～50％。4.如权利要求2所述的用于焊接的中熵合金材料，其特征在于，所述中熵合金材料为所述焊丝形式时，为直径0.5～5mm的丝状，成分配方为Cr含量20％～50％，Co含量20％～50％，Ni含量20％～50％。5.如权利要求2所述的用于焊接的中熵合金材料，其特征在于，所述中熵合金材料为所述薄片形式时，为厚度0.1～5mm的片状，成分配方为Cr含量20％～50％，Co含量20％～50％，Ni含量20％～50％。6.一种使用如权利要求1～5任意一项所述的用于焊接的中熵合金材料的焊接方法，其特征在于，在金属焊接过程中，将所述中熵合金材料用于焊接；所述中熵合金材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯凯，李铸国，王志远，韩帛伦，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31