一种双分级Ni-Cr-V-Al中熵合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双分级Ni

【技术实现步骤摘要】
一种双分级Ni
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Cr
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V
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Al中熵合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种双分级Ni
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Cr
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V
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Al中熵合金及其制备方法，具体涉及一种利用合金化处理、预变形加工和热处理工艺相结合的技术来调控Ni
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Cr
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V
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Al中熵合金强度与塑性的方法，属于金属材料设计与制备领域。

技术介绍

[0002]金属结构件是现代工程领域中不可或缺的一部分，被广泛应用于建筑、航空航天和汽车制造等大型工程领域。对于绝大多数结构件来说，同时具有优异的强度和塑性是首要的要求。异质结构材料被认为是一种能够兼顾金属材料强塑性的有效方法。异质结构材料是一种由具有显著不同机械性能或物理性能的异质区域构成的新型材料。这种材料的显著特征就是能够使材料的性能超出简单混合规则所预期的效果，而产生同时具有不同区域之间的优异性能的特点。如Zhao等人发现在纯Cu中通过单独增加结构梯度能够使其强度和加工硬化同时提升。Wu等人通过在Ti合金中得到异质层片结构使合金同时具有超细晶的强度和粗晶的塑性。然而，如何通过现有条件产生更有效的异质结构来获得优异的强塑性组合仍是一项具有挑战的工作。
[0003]在现有的异质结构中，部分再结晶和多级析出是强化效果显著的两种异质结构。前者能够通过背应力强化和预位错强化显著提升材料屈服强度；后者则通过背应力强化和析出强化使材料获得超高抗拉强度。然而，部分再结晶异质结构由于有限的位错储存能力，其加工硬化率常低于完全再结晶变量；而多级析出由于缺乏协调变形能力和应力集中问题往往会导致其塑性急剧恶化。
[0004]上述调控中/高熵合金力学性能的方法多集中在通过热作用(热处理)、力的作用(变形加工)以及两者的结合来获得晶粒或析出相单级异构，而关于通过调控合金化元素含量与热处理、变形加工相结合的方法，得到晶粒异构和析出相异构的双异质结构，来实现中/高熵合金力学性能调控的研究较为缺乏。
[0005]此外，上述获得晶粒异构或析出相单级异构合金力学性能的方法虽各有优点，但仍存在较多问题亟待解决：
[0006]1.部分再结晶单级异质结构合金由于位错储存能力下降，其加工硬化率往往低于完全再结晶合金。
[0007]2.析出相异构由于缺少协调变形和应力集中常会导致塑性快速下降。
[0008]3.仅通过热处理和变形加工法难以获得理想的双极异质结构，获得的合金性能强化效果受到限制。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的中/高熵合金部分再结晶单级异质结构合金位错储存能力较低，导致加工应变硬化率低，析出相异构由于缺少协调变形和应力集中问题无法满足强塑性兼具的性能要求，以及仅通过热处理和变形加工法难以获得理想的双极异质结构，合金性能
强化效果受到限制等问题，本专利技术的第一个目的是在于提供一种双分级Ni
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Cr
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V
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Al中熵合金，该合金具有部分再结晶和多级析出异质结构，可以同时提供塑性变形和变形抗力，具有良好的综合强韧性。
[0010]本专利技术的第二个目的是提供一种双分级Ni
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Cr
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V
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Al中熵合金的制备方法，该方法通过调控合金化元素含量与热处理、变形加工相结合的方法，在Ni
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Cr
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V
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Al中熵合金中得到晶粒异构和析出相异构的双异质结构，从而实现其强韧化，具有制备方便、工艺简单、使用安全等优点。
[0011]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种双分级Ni
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Cr
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V
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Al中熵合金，该中熵合金的微观相包含晶粒异质结构和析出相异质结构；元素百分比组成表达式为：M
d
Al
p
，其中，80％≤d＜100％，0＜p≤20％，d+p＝100％；M包含以下元素百分比组成：Ni≤80％，Cr≤60％，V≤60％，且Ni、Cr和V均不为0％，Cr和V的元素百分比含量均小于Ni的元素百分比含量。
[0012]本专利技术的合金元素中Ni含量高于Cr和V元素，有利于后续在加入与Ni元素混合焓更负的元素时从固溶体中排出Cr元素形成富Cr
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BCC析出相，同时充足的Ni元素可作为溶质B2
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NiAl析出相的形成元素，最终满足双分级异质结构所需要的物质基础。同时，本专利技术中的Al元素作为溶质原子能对晶界产生拖拽效应，生成析出相对晶界产生钉轧作用来阻碍晶粒的长大，此外，Al元素在固溶体及析出相中的配分形成B2
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NiAl相、结合Cr
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BCC析出相两种析出相相邻析出的特点最终得到多级析出，因此该合金通过控制Al含量在合适的范围，可以控制合金中结晶和未结晶的区域的比例，使得合金具有双极异构组织，从而使得该合金在具有良好的加工硬化率的同时保持优异的塑性变形。进一步优选，M包含以下元素原子百分比组成：Ni元素的百分比含量为40～60％，Cr元素的百分比含量为15～40％，V元素的百分比含量为10～40％，Al元素的百分比含量为7～10％。
[0013]作为一种优选的方案，所述M还包含元素百分比不高于60％的C、B、Si、P、Ga、In、Sn、Pb、Ge、As、Sb、Te、Fe、Co、Mn、Cu、Zn、Au、Ag、Pt、Pd、Cd、Ru、K、Ta、W、Mo、Nb、Ti、Hf、Mg、Y或Ca中至少一种。加入所优选的M元素可进一步调控异质结构多级析出相的体积分数及尺寸大小来增强其析出强化，或充当固溶元素进一步促进其固溶强化。
[0014]本专利技术还提供了一种双分级Ni
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Cr
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V
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Al中熵合金的制备方法，该方法是将将包含M及Al在内的原料进行表面清洁预处理后，依次进行真空熔炼、铸造、均匀化处理、预变形加工处理和退火处理，即得。
[0015]作为一种优选的方案，所述表面清洁预处理采用乙醇超声洗涤。通过乙醇超声洗涤可以去除原料Ni、Cr、V、M、Al表面的有机污染物，降低杂质元素引入合金材料中。
[0016]作为一种优选的方案，所述真空熔炼过程中，金属原料按熔点高低顺序自上往下堆放入熔炼炉中。通过该操作，可以保证高熔点金属原材料充分熔化。
[0017]作为一种优选的方案，所述真空熔炼通过电弧熔炼炉实现，电弧熔炼的条件为：电弧电流为370～400A/s，重复熔炼5～8次，每次熔炼时间为60～120s。
[0018]作为一种优选的方案，所述均匀化处理的条件为：在0.4～0.6个大气压的惰性气氛下，在1423～1523K温度下，均匀化处理1.5～2h。抽入惰性气氛前需要先抽真空到2
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10
‑1Pa以下，本专利技术所采用的惰性气氛为氩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双分级Ni
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Cr
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V
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Al中熵合金，其特征在于：微观相包含晶粒异质结构和析出相异质结构；元素百分比组成表达式为：M
d
Al
p
，其中，80％≤d＜100％，0＜p≤20％，d+p＝100％；M包含以下元素百分比组成：Ni≤80％，Cr≤60％，V≤60％，且Ni、Cr和V均不为0％，Cr和V的元素百分比含量均小于Ni的元素百分比含量。2.根据权利要求1所述的一种双分级Ni
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Cr
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V
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Al中熵合金，其特征在于：所述M还包含元素百分比不高于60％的C、B、Si、P、Ga、In、Sn、Pb、Ge、As、Sb、Te、Fe、Co、Mn、Cu、Zn、Au、Ag、Pt、Pd、Cd、Ru、K、Ta、W、Mo、Nb、Ti、Hf、Mg、Y或Ca中至少一种。3.权利要求1或2所述的一种双分级Ni
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Cr
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V
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Al中熵合金及其制备方法，其特征在于：将包含M及Al在内的原料进行表面清洁预处理后，依次进行真空熔炼、铸造、均匀化处理、预变形加工处理和退火处理，即得。4.根据权利要求3所述的一种双分级Ni
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Cr
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V
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Al中熵合金及其制备方法，其特征在于：所述表面清洁预处理采用乙醇超声洗涤。5.根据权利要求3所述的一种双分级Ni
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Cr
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V
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【专利技术属性】
技术研发人员：雷智锋，吕蓉，石芸竹，代帅，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：