【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合金制备工艺，具体涉及一种高熵合金与钢的结合方法。
技术介绍
1、高熵合金是近年涌现的由多种元素以等摩尔比或近等摩尔比组成的新型多主元金属材料，具有高强、高硬、高塑性、抗低温脆化、抗高温软化、抗辐照、耐磨等传统合金所不能同时具备的优异性能，在高超声速飞行器发动机用超高温材料、抗辐照核能用材料、高性能战斗部材料、极地破冰船用材料、轻质装甲防护材料、低温服役装置用材料等重要工业领域的发展中，高熵合金已经可以提供作为关键材料的选择和支撑，迅速成为国际材料科学领域的研究热点。已有报告指出高熵合金在未来十年极具发展前景，有望在一些传统材料性能达到极限而难以突破瓶颈的领域提供关键的高性能材料选择。
2、钢铁材料作为研究最深入、使用最普遍、应用最广泛、经验最成熟的产业材料，已经深入到生产生活的方方面面。其中，具备强度等级在1.3gpa以上的超高强度钢，兼具极高的强度和韧性，已经为诸多先进高端装备领域提供了材料支撑。制备高熵合金/超高强度钢复合材料，可以兼具高熵合金高的特性、高的耐腐蚀性、以及高的抗辐照性能等独特的合金特性与超高强度钢优异的力学性能，在众多领域都存在极大的需求空间。
3、但是由于两类材料之间极大的物理化学与冶金性质差异，要实现其高质量的连接十分困难。目前，实现异种材料复合连接的工艺有熔焊和固相焊两种。
4、但是，专利技术人发现：(1)采用熔焊的方式进行高熵合金与超高强度钢之间的连接时，常常面临焊缝液相金属反应生成复杂大块有害中间相、热影响区过大等界面致脆问题；(2)采用常规固相焊
技术实现思路
1、因此，本专利技术提供一种高熵合金与钢的结合方法，以解决现有高熵合金/超高强度钢复合材料连接界面强度低的问题。
2、为了解决上述问题，本专利技术提供一种高熵合金与钢的结合方法，包括以下步骤：
3、步骤1)将中间层置于合金和钢之间组装成高熵合金-中间层-钢组合体；所述中间层包括铌金属箔、钒金属箔、钒-铜复合金属箔中的一种；
4、步骤2)对所述高熵合金-中间层-钢组合体进行热压连接，以使合金与钢结合，得到合金/中间层/钢复合材料。
5、进一步的，在所述步骤1)中，所述高熵合金中包括元素al、nb、ti和zr；和/或所述钢的屈服强度大于1.3gpa。
6、进一步的，在所述步骤1)中，所述高熵合金为al-nb-ti-v-zr-hf系含能高熵合金；
7、优选的，所述高熵合金为alnbti3zr1.5含能高熵合金；
8、和/或，所述钢为18ni200、18ni250、18ni300、18ni350中的一种。
9、进一步的，在所述步骤1)中，所述中间层的厚度为100-200μm；和/或中间层的纯度为99.95％以上；和/或，中间层的表面粗糙度低于ra 0.6μm。
10、进一步的，在所述步骤1)中，所述高熵合金与钢的尺寸一致。
11、进一步的，在所述步骤1)，所述高熵合金和钢分别具有第一面和第二面，所述第一面和第二面分别用于与中间层接触，且第一面和第二面的粗糙度低于ra 0.8μm。
12、进一步的，在热压连接的步骤中，压缩温度为800-950℃；和/或压缩应变速率为0.01-1s-1；和/或压缩变形量大于等于40％；和/或高真空度高于0.1pa。
13、更进一步的，压缩温度为850℃；和/或压缩应变速率为0.1s-1；和/或压缩变形量为40％。
14、本专利技术还提供一种高熵合金/钢复合材料，所述高熵合金/钢复合材料连接界面无孔洞、无裂纹、无大块金属间化合物，且元素扩散宽度窄；优选的，所述高熵合金/钢复合材料采用上述任一项所述的方法结合得到。
15、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
16、1.本专利技术提供一种高熵合金与钢的结合方法，通过添加中间层有效阻挡了基体材料间具备强化合物形成能力的元素扩散和直接化学反应(高强度钢中的元素fe、ni容易和高熵合金中的ti，zr，al等元素反应生成脆性金属间化合物)，有效控制了界面有害相的生成；在真空、高温、高压、大变形(变形量大于等于40％)条件下，高熵合金-中间层与中间层-超高强度钢界面金属原子接近到原子力作用范围内，形成牢固的金属键，少量残余的显微孔洞在扩散作用下逐渐消失，使界面实现冶金连接。
17、2.本专利技术选择铌金属箔、钒金属箔、钒-铜复合金属箔等与高强度钢和高熵合金具有良好热力学冶金相容性的材料作为中间层，可以与两侧母材(高强度钢和高熵合金)在压力和扩散的作用下实现良好的冶金结合。
18、3.本专利技术的中间层具备一定的厚度是有效阻滞基体母材元素跨越中间层的必要条件，也能为轻微的基体母材中的扩散元素化合反应提供较宽的反应空间，减少对界面造成的影响。由于界面脆性对元素反应具有很高的敏感性，高纯度箔片是保证不会造成额外“元素污染”的必然要求。表面干净、光洁有利于金属之间的直接冶金接触，有助于界面金属键的形成。保证较低的粗糙度有利于连接过程中界面孔洞的焊合，提高界面连接质量。
19、4.本专利技术的中间层在热压连接过程中会出现原位诱导的强化效应，即基体母材中的某些合金元素会往中间层中充分扩散，形成热力学稳定的固溶体，由此可以产生极大的固溶强化效果，提高中间层的强度；同时基体母材中具有极大负混合焓的合金元素在中间层内相遇，可以生成尺寸细小弥散分布的金属间化合物颗粒，产生析出强化效果。两者同时强化中间层材料，使得其能达到与两侧母材接近的强度，从而真正保障了整体界面的高强度。
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1.一种高熵合金与钢的结合方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高熵合金与钢的结合方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述高熵合金中包括元素Al、Nb、Ti和Zr；和/或所述钢的屈服强度大于1.3GPa。
3.根据权利要求1或2所述的高熵合金与钢的结合方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述高熵合金为Al-Nb-Ti-V-Zr-Hf系含能高熵合金；
4.根据权利要求1所述的高熵合金与钢的结合方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述中间层的厚度为100-200μm；和/或中间层的纯度为99.95％以上；和/或，中间层的表面粗糙度低于Ra 0.6μm。
5.根据权利要求1所述的高熵合金与钢的结合方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述高熵合金与钢的尺寸一致。
6.根据权利要求1所述的高熵合金与钢的结合方法，其特征在于，在所述步骤1)，所述高熵合金和钢分别具有第一面和第二面，所述第一面和第二面分别用于与中间层接触，且第一面和第二面的粗糙度低于Ra 0.8μm。
7.根据权利要求1所述的合金与钢的
8.根据权利要求7所述的高熵合金与钢的结合方法，其特征在于，压缩温度为850℃；和/或压缩应变速率为0.1s-1；和/或压缩变形量为40％。
9.一种高熵合金/钢复合材料，其特征在于，所述高熵合金/钢复合材料连接界面无孔洞、无裂纹、无大块金属间化合物，且元素扩散宽度窄；
...【技术特征摘要】
1.一种高熵合金与钢的结合方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高熵合金与钢的结合方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述高熵合金中包括元素al、nb、ti和zr；和/或所述钢的屈服强度大于1.3gpa。
3.根据权利要求1或2所述的高熵合金与钢的结合方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述高熵合金为al-nb-ti-v-zr-hf系含能高熵合金；
4.根据权利要求1所述的高熵合金与钢的结合方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述中间层的厚度为100-200μm；和/或中间层的纯度为99.95％以上；和/或，中间层的表面粗糙度低于ra 0.6μm。
5.根据权利要求1所述的高熵合金与钢的结合方法，其特征在于，在所述步骤1)中，所述高熵合金与钢的尺寸一致。...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢碧君，代乾宁，孙明月，张洪林，徐斌，李殿中，
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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