一种纳米L12相沉淀强化FCC基高熵合金的设计方法技术

本发明专利技术公开一种纳米L12相沉淀强化FCC基高熵合金设计方法，通过计算与相形成有关的热物理化学参数

【技术实现步骤摘要】
一种纳米L12相沉淀强化FCC基高熵合金的设计方法


[0001]本专利技术属于高熵合金
，具体涉及一种纳米L12相沉淀强化FCC基高熵合金的设计方法。

技术介绍

[0002]传统的合金设计主要基于一种主要元素与少量添加的多种其他元素形成合金，以获得所需的性能，如耐蚀性、韧性、强度、延展性和热性能。然而，这种策略将合金设计限制在相图的角落，留下广阔的多组分相空间的中心区域未被探索。2004年，由Yeh和Cantor等人提出了一种新的策略，改变了传统合金设计模式，将多种主要合金元素的等原子或近等原子比混合物包括在内，从而产生了高熵合金(high entropy alloy)或多主元合金(multi
‑
principal element alloy)的概念。
[0003]对于这样一个多元复杂体系，单从第二相的种类看，通过合金化及热处理等方式，多种不同结构种类的第二相(如:L12、L21、B2有序相以及σ相、η相等)均可稳定存在于高熵合金基体中。通过实验研究第二相沉淀在多组元体系中相稳定性、相组成和相关系的问题，不仅工作量巨大，而且效率低。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，相图热力学就可以较为容易地解决，利用相图不仅可以辅助此类沉淀强化型高熵合金的成分设计，开发新型合金成分，还可以有效帮助确定热处理温度以获得不同第二相颗粒，甚至控制第二相的尺寸和形貌。因此，CALPHAD对于高熵合金中第二相强化高熵合金的设计是一种全新且有效的研究手段。
[0005]近年来，参数计算法预报合金相形成的规律越来越得到重视，学者们提出了包括混合焓、混合熵、原子半径差异、电负性差异、价电子数等参数，对高熵合金中固溶体相、拓扑密排相、非晶相的形成规律做出预报，并概括总结了各参数取值范围与高熵合金体系相组成的关系。参数计算法的发展对加快高熵合金设计起到了极大的推动作用。高熵合金形成固溶体相的参数条件，是参数计算法中预测合金相形成规律最主要的研究方向。多主元高熵合金形成固溶体相一般认为有3大原则：
①
至少包含5种以上主要元素；
②
元素间最大原子半径差小于12％；
③
合金混合焓介于
‑
40
‑
10kJ/mol之间。为了获得更准确的相形成规律，张勇等人综合考虑了熵和焓对高熵合金相形成的影响，提出了一个新的参数Ω以取代ΔH
mix
‑
δ准则中的ΔH
mix
。当固溶体相形成的驱动力T
·
ΔS
mix
大于阻力ΔH
mix
，即Ω＞1时，合金倾向于形成固溶体相，反之，当Ω＜1时，合金容易形成金属间化合物等复杂相。除此以外，价电子浓度值也被认为与相形成有着密切联系。研究表明：当价电子数≥8时，合金易于形成面心立方固溶相；当价电子数≤6.87时,合金易形成体心立方固溶相；而当价电子数在两者之间时将形成面心立方和体心立方的混合固溶相。TIAN等人则认为高熵合金体系价电子处于7.80
‑
9.50范围内合金容易形成面心立方结构；价电子数处于4.33
‑
7.55范围内合金容易形成体心立方结构。Tsai等人发现σ相的形成与合金的价电子有直接的关系：对于含V
或Cr元素的合金而言，当合金的价电子处于6.88
‑
7.84之间时，合金在铸态或在合适的退火状态下会形成σ相。因此目前的工作尚未实现对各个相的准确区分，而且对于多元合金的物化参数计算还存在困难。学者欧阳义芳2006年将几何模型与Miedema模型结合起来，预报了四元非晶的混合焓，发现GSM模型的预报结果与实验值吻合较好。
[0006]因此，本专利技术将基于二元合金数据利用几何模型外推相关参数的方法得到较为准确的多元合金物化参数，以此来优化出能够区分出不同固溶体相的预报参数。本专利技术中，共选择了成分种类数量不同的136个合金，将其分为四类：单相FCC、单相BCC、FCC+BCC以及SS+IM，运用|ΔH
mix
|、ΔS
mix
、T
melt
、VEC这四个参数组合结合原子尺寸差来预测FCC相的形成，得出FCC基体相形成的参数范围，并据此调整合适的元素配比。之后再采用合金设计的“加法”原则，加入Al、Ti、Cu等L12相形成元素来引入第二相，通过CALPHAD计算结合实验来优化添加合金元素的含量。最终有望制备出具有高密度纳米L12相沉淀强化的FCC基高熵合金，为加快高熵合金成分及相结构的设计提供思路范式。
[0007]本专利技术的目的是提供一种纳米L12相沉淀强化FCC基高熵合金的设计方法，该方法采用基于二元合金数据利用几何模型外推相关参数的方法得到较为准确的多元合金物化参数，以此来优化出能够区分出不同固溶体相的预报参数。运用|ΔH
mix
|、ΔS
mix
、T
melt
、VEC这四个参数组合结合原子尺寸差来预测FCC相的形成，得出FCC基体相形成的参数范围，并据此调整合适的元素配比。之后再采用合金设计的“加法”原则，加入Al、Ti、Cu等L12相形成元素来引入第二相，通过CALPHAD计算结合实验来优化添加合金元素的含量。最终制备出具有高密度纳米L12相沉淀强化的FCC基高熵合金。
[0008]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009](1)根据不同元素对相形成的影响，从热力学数据库中定义出组成基体相及析出相合适的元素；
[0010](2)通过对成分种类数量不同的136个合金的分析计算，运用|ΔH
mix
|、ΔS
mix
、T
melt
、VEC这四个参数通过一定的组合设计出参数组合结合原子尺寸差来预测FCC相的形成，得出FCC基体相形成的参数范围，并据此调整合适的元素配比；
[0011](3)再对步骤(2)中获得的FCC基体合金进行掺入Al、Ti、Cu等L12相形成元素的合金化处理，通过CALPHAD热力学计算整体合金的平衡相图，优化合金化元素的配比，使得合金倾向于形成FCC+L12两相结构；
[0012](4)通过实验验证步骤(3)合金相位结果，若不满足，则返回步骤(1)。
[0013]步骤(2)、(3)中所述的FCC基体相形成元素的添加含量为70％
‑
80％(at.％)；L12相形成元素的添加含量为20％
‑
30％(at.％)。
附图说明
[0014]图1为本专利技术计算的热力学参数α
‑
δ与基体相之间的对应关系示意图。过对成分种类数量不同的136个合金的分析计算，运用|ΔH
mix
|、ΔS
mix
、T
melt
、VEC这四个参数通过一定的组合设计出参数。组合结合原子尺寸差来预测FCC相的形成，得出FCC基体相形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米L12相强化的FCC基高熵合金，其特征在于，在面心立方结构的高熵合金中合金化掺入Al、Ti、Cu等L12相形成元素，得到纳米结构类似于L12相(A3B)的形式存在的L12相强化高熵合金。2.根据权利要求1所述的纳米L12相强化高熵合金，其特征在于，所述的纳米结构L12相(A3B)类似于L12相(Ni3Al)的形式存在，其中亚点阵A、B具有多种元素占据。3.一种如权利要求1
‑
2任一项所述的一种纳米L12相沉淀强化FCC基高熵合金的设计方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)根据不同元素对相形成的影响，从热力学数据库中定义出组成基体相及析出相合适的元素；(2)通过对成分种类数量不同的136个合金的分析计算，运用|ΔH
mix
|、ΔS
mix
、T
melt
、VEC这四个参数通过一定的组合设计出参数α，组合结合原子尺寸差来预测FCC相的形成，得出FCC基体相形成的参数范围，并据此调整合适的元素配比；(3)再对步骤(2)中获得的FCC基体合金进行掺入Al、Ti、Cu等L12相形成元素的合金化处理，通过CALPHAD热力学计算整体合金的平衡相图，优化合金化元素的配比，使得合金倾向于形成FCC+L12两相结构；(4)通过实验验证步骤(3)合金相位结果，若不满足，则返回步骤(1)。4.根据权利要求3所述的一种纳米L12相沉淀强化FCC基高熵合金的设计方法，其特征在于：步骤(1)中所述的FCC基体形成元素包括：Fe、Co、Ni、Mn、Cr等3d过渡族元素；L12相形成元素...

【专利技术属性】
技术研发人员：于之刚，蔡鹏程，栾俊，罗群，周国治，
申请(专利权)人：浙江唯象材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：