一种中熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于金属合金材料领域，具体涉及一种中熵合金及其制备方法。本发明专利技术所述中熵合金的成分按其原子百分比为(NiCoCr)

【技术实现步骤摘要】
一种中熵合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属合金材料领域，具体涉及一种中熵合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]航天火箭液体发动机部件，如燃料储箱与增压输送系统阀瓣等，对超低温用超高强韧金属结构材料具有迫切需求。纳米L12相析出强化的高熵合金，与纳米L12相析出强化的中熵合金，都在超低温下具有优异的塑性与力学强度，其力学强度远超过目前正应用的1Cr18Ni9Ti、304与316不锈钢，有望满足航天火箭液体发动机部件的实际需求。
[0003]纳米L12相析出强化的高熵合金，与纳米L12相析出强化的中熵合金，其基体组织均为面心立方晶体结构，纳米L12相析出相与基体为共格关系。基体组织的低错层能，使得中熵合金与高熵合金在超低温变形时，易形成堆垛层错与变形孪晶，保障了良好的韧性。而纳米L12相具有优异的析出强化作用效果，最终在低温时具有极其优异的强度与韧性。中熵合金NiCoCr比高熵合金NiCoCrFe的层错能更低，具有更优异的韧性，因而在设计纳米L12相析出强化的合金材料时，中熵合金NiCoCr是更优异的基体材料。
[0004]但是，因合金材料需要应用在超低温的环境，此时的中熵合金不仅存在强度和韧性不能兼顾的常见问题，而且其合金性能还表现出明显异于室温应用时的性能。目前人们对于超低温应用的合金材料性能的研究较少，特别是关于制备工艺对适用于超低温环境的合金性能的影响研究还有待进一步完善，以便获得更优的强度与韧性，满足航天火箭液体发动机部件或者其他领域对高性能超低温结构材料的迫切需求。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术涉及的NiCoCr基中熵合金如何获得更优强度与韧性等问题，本专利技术将提供一种中熵合金及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，具体包括以下技术方案：
[0007]一种中熵合金，所述中熵合金的成分按其原子百分比为(NiCoCr)
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‑
x
V
x
(Ni6AlTi)3，其中，0＜x≤6。
[0008]作为本专利技术优选的实施方法，所述中熵合金为(NiCoCr)
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V(Ni6AlTi)3、(NiCoCr)
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V2(Ni6AlTi)3、(NiCoCr)
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V3(Ni6AlTi)3、(NiCoCr)
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V4(Ni6AlTi)3、(NiCoCr)
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V5(Ni6AlTi)3、(NiCoCr)
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V6(Ni6AlTi)3中的至少一种。
[0009]所述中熵合金为面心立方晶体结构，中熵合金组织中含大量弥散分布的纳米L12析出相，可强化中熵合金的力学性能；同时通过钒的微合金化进一步大幅提升中熵合金力学性能，使其在77K超低温下兼具良好的拉伸塑性与强度，弥补了现有合金力学综合性能的不足，为中熵合金提供新的成分选择，满足航天领域液体发动机对超低温用高性能金属结构材料的迫切需求。
[0010]所述的中熵合金的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)将中熵合金的金属原料进行预处理；
[0012](2)按原子百分比计，精确称量中熵合金的金属原料；
[0013](3)将所述中熵合金的金属原料进行真空熔炼，待熔炼完成后将合金熔体浇铸到模具中，获得中熵合金铸锭；
[0014](4)将所述中熵合金铸锭进行固溶热处理，结束后用水进行淬火冷却；
[0015](5)将步骤(4)冷却后的中熵合金铸锭加工成中熵合金铸锭板，将所述中熵合金铸锭板在室温下进行多道次冷轧处理，每道次冷轧处理结束后用水冷却，得到中熵合金冷轧板；
[0016](6)将所述中熵合金冷轧板进行时效热处理，最后得到中熵合金。
[0017]为获得更高的力学强度，需充分发挥细晶强化、固溶强化、析出强化与弥散强化作用效果。在本专利技术当中，制备中熵合金的过程中，通过时效热处理，诱导纳米L12析出相的析出，纳米L12相析出能起到强化NiCoCr基中熵合金(NiCoCr)
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x
V
x
(Ni6AlTi)3的作用，同时析出物还可阻止晶粒的粗化，使得晶粒更细化，提升中熵合金力学强度。
[0018]通过冷轧与时效热处理，可获取细晶组织，从而充分利用细晶强化作用提升中熵合金力学强度。
[0019]此外，本专利技术通过在合金当中增加钒金属，V元素固溶在中熵合金基体中，由于V元素与Ni、Co、Cr等元素原子尺寸差异大，可造成晶格的严重畸变，因而可明显提升基体的晶格阻力，取得更优的固溶强化作用效果，最终制得在低温下具有极其优异的力学强度与韧性的中熵合金，其力学强度远超过目前正应用的1Cr18Ni9Ti、304与316不锈钢。
[0020]本专利技术的制备方法较为简单方便，制得的中熵合金可满足航天火箭液体发动机部件对高性能超低温结构材料的迫切需求，为高性能大型及形状复杂的中熵合金材料的制备提供了一种新的方向。
[0021]制备中熵合金的制备工艺对最终合金的性能有较大的影响，特别是冷轧处理的变形量、固溶热处理和时效热处理的条件，能够显著影响着中熵合金在超低温环境的下应用的性能。
[0022]作为本专利技术优选的实施方式，步骤(4)中，所述固溶热处理的温度为1100～1150℃，时间为4～48h。
[0023]作为本专利技术进一步优选的实施方式，步骤(4)中，所述固溶热处理的温度为1150℃，时间为4h。
[0024]作为本专利技术优选的实施方式，步骤(5)中，所述熵合金铸锭板的厚度为10～30mm；所述多道次冷轧处理的变形量为70～90％，每道次下压量为0.2～0.5mm。
[0025]作为本专利技术优选的实施方式，步骤(6)中，所述时效热处理的温度为600～900℃，时间为4～500h。
[0026]本专利技术的专利技术人发现，步骤(6)中，所述时效热处理的温度为700～900℃，时间为20～48h，在该条件下时效热处理得到的中熵合金的力学强度及韧性能够保持较为良好，适合实际的应用。
[0027]作为本专利技术优选的实施方式，步骤(6)中，所述时效热处理的温度为700℃，时间为24h。
[0028]作为本专利技术优选的实施方式，步骤(3)中，所述真空熔炼为：使用磁悬浮感应熔炼炉进行2或3次熔炼，其中，控制磁悬浮感应熔炼炉的电压为550V，电流为450～480A，每次熔
炼的时间为15～20min。
[0029]作为本专利技术优选的实施方式，步骤(1)中，所述中熵合金的金属原料为金属单质颗粒，所述金属单质颗粒的纯度为99.5
‑
99.97％，颗粒的尺寸为2～10mm。
[0030]作为本专利技术优选的实施方式，步骤(1)中，所述预处理包括酸洗、在超声波下进行乙醇清洗和真空烘干过程。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0032](1)本专利技术的中熵合金中，在一定的范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中熵合金，其特征在于，所述中熵合金的成分按其原子百分比为(NiCoCr)
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x
V
x
(Ni6AlTi)3，其中，0＜x≤6。2.如权利要求1所述的中熵合金，其特征在于，所述中熵合金为(NiCoCr)
75
V(Ni6AlTi)3、(NiCoCr)
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V2(Ni6AlTi)3、(NiCoCr)
73
V3(Ni6AlTi)3、(NiCoCr)
72
V4(Ni6AlTi)3、(NiCoCr)
71
V5(Ni6AlTi)3、(NiCoCr)
70
V6(Ni6AlTi)3中的至少一种。3.权利要求1或2所述的中熵合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将中熵合金的金属原料进行预处理；(2)按原子百分比计，精确称量中熵合金的金属原料；(3)将所述中熵合金的金属原料进行真空熔炼，待熔炼完成后将合金熔体浇铸到模具中，获得中熵合金铸锭；(4)将所述中熵合金铸锭进行固溶热处理，结束后用水进行淬火冷却；(5)将步骤(4)冷却后的中熵合金铸锭加工成中熵合金铸锭板，将所述中熵合金铸锭板在室温下进行多道次冷轧处理，每道次冷轧处理结束后用水冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭翰林，胡玲，张宇鹏，易耀勇，房卫萍，罗兵兵，
申请(专利权)人：广东省科学院中乌焊接研究所，
类型：发明
国别省市：