【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合金材料制备，具体涉及一种提高共晶高熵合金力学性能的方法。本专利技术方法可根据服役环境对材料的性能要求来灵活选择制备工艺参数，制备的共晶高熵合金具有力学性能优异的优点，可应用于航空航天、汽车制造等高端工业领域中的关键金属部件。
技术介绍
1、共晶高熵合金是指通过共晶反应而得到的高熵合金，兼具高熵合金和共晶合金的特性。高熵合金中存在的四大效应，即高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应，使其表现出区别于传统合金的优异性能。而共晶合金则是通过等温转变过程获得，一般具有良好的流动性，因此有利于减少共晶高熵合金在铸造过程中的铸造缺陷和枝晶偏析的形成，从而改善合金的铸造性能。同时，共晶合金为规则排列的层状或棒状结构，可以被看作一种原位自生的复合材料，因此可以通过调控共晶合金中两相的相组成来协调改善材料的机械性能。此外，共晶组织还可能赋予材料特殊的光学效应、电磁效应、磁电和其他叠加效应等物理特性，以上特性使得共晶高熵合金在材料科学、能源、冶金等领域具有广泛的研究和应用价值。自从共晶高熵合金的概念被提出后，大量的共晶高熵合金体系被开发，其中研究最广泛的为alcocrfeni系共晶高熵合金，该体系合金在宽温域条件下均表现出良好的强塑性匹配能力，同时在海水介质中的耐蚀性能与某些不锈钢相当，远远超过铜合金的耐蚀性能，因此有望取代铜合金在舰船结构部件上得到应用，比如：螺旋桨、泵阀、冷凝器以及海水管系等关键金属部件结构材料。
2、alcocrfeni系共晶高熵合金虽然具有强塑性匹配的优点，但与马氏体钢及相变诱导塑性钢等
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种提高共晶高熵合金力学性能的方法，通过该方法可制备出力学性能优异的共晶高熵合金，适合用作航空航天、汽车制造等高端工业领域中的关键金属部件结构材料。
2、为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种提高共晶高熵合金力学性能的方法，包括以下步骤：
4、(1)对共晶高熵合金基体进行均匀化退火处理；
5、(2)对均匀化退火处理后的共晶高熵合金进行淬火处理；
6、(3)对均匀化退火及淬火处理后的共晶高熵合金进行冷轧处理；
7、(4)对冷轧处理后的共晶高熵合金进行低温短时退火处理；
8、(5)对低温短时退火处理后的共晶高熵合金进行淬火处理。
9、所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，共晶高熵合金基体由al、co、cr、fe和ni元素组成，合金通式为alco1-xcrfe1+x/2ni2.1+x/2，其中0＜x≤1，x为所述元素的摩尔比，优选的x值为1。
10、所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，步骤(1)中，均匀化退火处理温度为1150～1250℃，均匀化退火处理时间为12～36h。
11、所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，步骤(2)中，淬火处理介质为水，温度为10～30℃。
12、所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，步骤(3)中，冷轧处理为多道次冷轧，冷轧处理的总压下量为70％～90％，优选的每道次压下量为5％～10％。
13、所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，步骤(4)中，低温短时退火处理温度为600～1000℃，低温短时退火处理时间为0.5～1.5h。
14、所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，步骤(5)中，淬火处理介质为水，温度为10～30℃。
15、所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，经过步骤(1)～(5)处理后，共晶高熵合金的组织为多层次异质片层结构，多层次异质片层结构组织的主要特征为：处理后的共晶高熵合金的fcc片层中析出了细小的b2析出相，而在b2片层中析出了细小的fcc析出相，从而构成了两相尺寸和空间分布的异质性；处理后的共晶高熵合金发生了fcc相的选择性再结晶行为，导致合金中同时存在超细晶/纳米晶、微米再结晶和片层状粗晶，从而构成了多尺度晶粒尺寸的异质性；同时，处理后的共晶高熵合金中存在一定比例的孪晶，优选的孪晶晶界比例为20％～30％。
16、所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，经过步骤(1)～(5)处理后，共晶高熵合金的室温拉伸屈服强度为600～1300mpa，抗拉强度为1050～1750mpa，断裂延伸率为6％～25％。
17、本专利技术一种提高共晶高熵合金力学性能的方法，该方法的设计理念如下：
18、共晶高熵合金具有良好强塑性匹配能力的本质原因为该合金体系是原位自生的复合材料。与传统均匀结构材料相比，共晶高熵合金在内部空间成分、结构、性能上呈现出非均匀分布的特性，材料科学领域将这种存在“软区”和“硬区”结构单元的金属材料称为“异构金属材料”。异质结构设计的灵感起源于天然生物材料，如贝壳、鲍鱼壳等。该类生物材料一般都具有优异的强韧化匹配能力，这主要因为这些材料内部存在着复杂多相、多尺度、多层次的结构特征。
19、本专利技术通过对高熵合金的成分以及加工制备工艺进行调控，可以在合金中引入大量类似于生物材料的异质界面结构。在变形过程中，大量异质界面的存在会诱发大量几何必需位错来协调异质结构界面两侧的应变梯度，产生异构变形诱导的强化和硬化机制，从而极大地提高合金的加工硬化能力，最终实现合金优异的强塑性匹配能力。因此，在高熵合金中通过显微组织设计来构建多尺度、多层次的异质结构是获得优异力学性能的重要途径。
20、已有研究报道(doi.org/10.1038/s41467-019-08460-2)发现，通过冷轧和非等温退火的方法能够在完全再结晶的alcocrfeni2.1共晶高熵合金中引入两相尺寸和空间分布耦合的异质性，得到高强度和高塑性的双相异质片层结构高熵合金。另有研究报道(doi.org/10.1016/j.actamat.2018.12.012)表明，通过调整冷轧和等温退火工艺，在al0.1cocrfeni高熵合金中可构建包含变形晶粒和再结晶晶粒在内的晶粒异构组织，使得合金的强度和塑性得到同步提高。
21、如果能够通过调整制备工艺在共晶高熵合金中构建多层次的异质片层结构，即相分解形成的两相尺寸和空间分布的异质性叠加部分再结晶形成的多尺度晶粒尺寸的异质性，将有效增强共晶高熵合金在变形过程中的强化和硬化效果，从而显著提高共晶高熵合金的力学性能。因此，本专利技术方法选择通过控制制备工艺参数，包括冷轧总压下量、低温短时退火处理温度及低温短时退火处理时间等，调控共晶高熵合金的组织结构，在合金中构筑多级异质结构，实现合金力学性能的提升。
22、本专利技术一种提高共晶高熵合金力学性能的方法，该方法具有以下特点：
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【技术保护点】
1.一种提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，共晶高熵合金基体由Al、Co、Cr、Fe和Ni元素组成，合金通式为AlCo1-xCrFe1+x/2Ni2.1+x/2，其中0＜x≤1，x为所述元素的摩尔比。
3.根据权利要求2所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，优选的x值为1。
4.根据权利要求1所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，步骤(1)中，均匀化退火处理温度为1150～1250℃，均匀化退火处理时间为12～36h。
5.根据权利要求1所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，步骤(2)中，淬火处理介质为水，温度为10～30℃。
6.根据权利要求1所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，步骤(3)中，冷轧处理为多道次冷轧，冷轧处理的总压下量为70％～90％。
7.根据权利要求1所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，步骤(4)中，低温短时退火处理温度为600～100
8.根据权利要求1所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，步骤(5)中，淬火处理介质为水，温度为10～30℃。
9.根据权利要求1至8之一所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，经过步骤(1)～(5)处理后，共晶高熵合金的组织为多层次异质片层结构，多层次异质片层结构组织的主要特征为：处理后的共晶高熵合金的FCC片层中析出了细小的B2析出相，而在B2片层中析出了细小的FCC析出相，从而构成了两相尺寸和空间分布的异质性；处理后的共晶高熵合金发生了FCC相的选择性再结晶行为，导致合金中同时存在超细晶/纳米晶、微米再结晶和片层状粗晶，从而构成了多尺度晶粒尺寸的异质性；同时，处理后的共晶高熵合金中存在一定比例的孪晶。
10.根据权利要求1至8之一所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，经过步骤(1)～(5)处理后，共晶高熵合金的室温拉伸屈服强度为600～1300MPa，抗拉强度为1050～1750MPa，断裂延伸率为6％～25％。
...【技术特征摘要】
1.一种提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，共晶高熵合金基体由al、co、cr、fe和ni元素组成，合金通式为alco1-xcrfe1+x/2ni2.1+x/2，其中0＜x≤1，x为所述元素的摩尔比。
3.根据权利要求2所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，优选的x值为1。
4.根据权利要求1所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，步骤(1)中，均匀化退火处理温度为1150～1250℃，均匀化退火处理时间为12～36h。
5.根据权利要求1所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，步骤(2)中，淬火处理介质为水，温度为10～30℃。
6.根据权利要求1所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，步骤(3)中，冷轧处理为多道次冷轧，冷轧处理的总压下量为70％～90％。
7.根据权利要求1所述的提高共晶高熵合金力学性能的方法，其特征在于，步骤(4)中，低温短时退火...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴浩，谢君，李金国，梁静静，侯桂臣，周亦胄，孙晓峰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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