CN115233070A

CN115233070A - 一种双相共晶结构高熵合金及其制备方法

Info

Publication number: CN115233070A
Application number: CN202210708193.0A
Authority: CN
Inventors: 卢一平; 黄天荡; 李廷举; 王同敏
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2022-06-22
Filing date: 2022-06-22
Publication date: 2022-10-25

Abstract

本发明提供一种双相共晶结构高熵合金及其制备方法。所述双相共晶结构高熵合金通式为CoFeNi₂V_xC_y,其中0.1≤x≤0.5,0.05≤y≤0.3,x和y为摩尔比。本发明还公开了双相共晶结构高熵合金的制备方法，包括以下步骤：将Fe‑C中间合金、Ni、Co和V按顺序堆放后采用真空电磁悬浮感应熔炼或真空电弧熔炼，获得双相共晶结构高熵合金。本发明双相共晶结构高熵合金的力学性能优良，在室温条件下工程应力‑应变条件下拉伸断裂强度超过667MPa，延伸率45.2％，真应力‑应变条件下，抗拉强度961MPa，延伸率37.2％。

Description

一种双相共晶结构高熵合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金技术，尤其涉及一种双相共晶结构高熵合金及其制备方法。

背景技术

目前高熵合金中的碳化物相多为复杂结构，与合金基体相为非共格结构，结合性较差，且性能大多脆而硬，对合金力学性能，尤其是拉伸塑性产生了较大的不良影响。高熵合金目前的发展趋势要求合金中的第二相在提升合金强度的同时，能够把对于塑性的影响降到最低，所以对第二相的结构、形貌与分布状况都提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种双相共晶结构高熵合金，该合金具有共晶结构，在合金中均匀分布的V-C化合物能提升合金的综合力学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双相共晶结构高熵合金，其通式为CoFeNi₂V_xC_y,其中0.1≤x≤0.5,0.05≤y≤0.3,x和y为摩尔比。

进一步地，所述通式CoFeNi₂V_xC_y中，0.3≤x≤0.5,0.1≤y≤0.2。

本发明的另一个目的还公开了一种所述双相共晶结构高熵合金的制备方法，包括以下步骤：将Fe-C中间合金、Ni、Co和V按顺序堆放后采用真空电磁悬浮感应熔炼或真空电弧熔炼，获得双相共晶结构高熵合金。

进一步地，所述熔炼过程包括以下步骤：使用了Fe-C中间合金代替纯Fe与C，所述Fe-C中间合金的通式为FeC_y,0.05≤y≤0.3，优选的0.1≤y≤0.2。

进一步地，所述Fe-C中间合金和Ni放在最下面，所述Co和V放在最上面。

进一步地，所述熔炼过程中，抽真空至5×10^-3Pa～3×10^-3Pa，然后反冲氩气至0.03～0.05MPa。

进一步地，所述真空电弧熔炼时，合金铸锭翻转熔炼四～六次，以保证成分均匀。

进一步地，所述真空电磁悬浮感应熔炼时，合金铸锭翻转熔炼四～六次，以保证成分均匀。

进一步地，所述Co、Ni、V和Fe-C中间合金皆选用纯度为99.5wt％以上的工业级纯原料。

本发明双相共晶结构高熵合金配方科学、合理，其制备方法简单、易行。本发明所述双相共晶结构高熵合金与现有技术相比较具有以下优点：

1、本发明双相共晶结构高熵合金包含了特定的元素选择和组配，Co与C元素协同作用能提高合金的强度，Ni元素能保证合金形成FCC基体相；Fe元素有着良好的综合性能；V元素能增加合金的强度，同时保证与C元素形成具有FCC结构的碳化物相。

2、在碳化物形成元素中，V元素可以与C元素形成具有简单NaCl结构的V-C化合物相，可以与FCC基体相结构相近，因此具有更好的共格性，并且V-C化合物相尺寸相比其它常见碳化物相尺寸更加细小，分布更加均匀，是一种理想的FCC基体高熵合金强化相。

3、本发明双相共晶结构高熵合金结构独特，具有均匀分布的碳化物第二相，同时具有优异的力学性能优良，在非自耗真空电弧熔炼条件下得到的铸锭为双相共晶结构，无需经过任何热处理工艺和变形强化工艺处理。本发明双相共晶结构高熵合金屈服强度356～390Mpa，在室温条件下工程应力-应变条件下拉伸断裂强度593～764MPa，延伸率23.1～54.1％，优选双相共晶结构高熵合金屈服强度367Mpa在室温条件下工程应力-应变条件下拉伸断裂强度667MPa，延伸率45.2％。

4、本发明双相共晶结构高熵合金中的各元素易取易得，合金的制备方法简单，采用常规的真空电弧熔炼或真空电磁悬浮感应熔炼即可。该合金不需要热处理和后续复杂的加工工艺，即能拥有优良的力学性能。

附图说明

图1为实施例1的XRD衍射图谱；

图2为实施例1双相共晶结构高熵合金SEM图像；

图3为实施例1双相共晶结构高熵合金局部TEM图像；

图4为室温下实施例1双相共晶结构高熵合金拉伸工程应力-应变曲线。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1

本实施例公开了一种Co-Fe-Ni-V-C双相共晶结构高熵合金，其通式为CoFeNi₂V_0.5C_0.2。

CoFeNi₂V_0.5C_0.2具体制备方法如下：将原料Fe-C中间合金、Co、Ni和V按照通式所示摩尔比按顺序堆放，其中Fe-C中间合金、Co、Ni和V元素都选用纯度为99.5wt％以上的工业级纯原料。然后采用真空电弧熔炼或真空电磁悬浮感应熔炼，熔配合金时，所述Fe-C中间合金和Ni放在最下面，所述Co和V放在最上面，抽真空至5×10^-3Pa，然后反冲氩气至0.05MPa。电弧熔炼时每一个合金锭至少翻转熔炼四次，以保证成分均匀。

图1为实施例1双相共晶高熵合金铸造态XRD衍射图谱。可见本实施例高熵合金在铸造态是由FCC基体相与具有NaCl结构的V-C组成的双相结构。图2为实施例1双相共晶高熵合金SEM图像。可见V-C碳化物相覆盖整个合金表面，分布较为均匀。图3为实施例1双相共晶高熵合金TEM图像，显示合金中的点状V-C相尺寸在100nm左右，间距150-200nm左右。图4为实施例1合金应力-应变曲线。可见本实施例高熵合金屈服强度367MPa，工程应力-应变条件下，断裂强度667MPa，延伸率45.2％。综合力学性能良好。真应力-应变曲线的塑性变形部分基本保持直线状态，加工硬化率在塑性变形阶段基本保持不变，平均加工硬化率1480MPa，说明合金在塑性变形阶段基本保持均匀塑性变形状态，有较强的抵御颈缩的能力。

实施例2

本实施例公开了一种耐双相共晶结构高熵合金，其通式为CoFeNi₂V_0.5C_0.1。本实施例双相共晶高熵合金所述制备方法与实施例1相同。

经检测本实施例CoFeNi₂V_0.5C_0.1与实施例1CoFeNi₂V_0.5C_0.2同样具有优良的力学性能，合金屈服强度356MPa，工程断裂强度593MPa，延伸率54.1％。

实施例3

本实施例公开了一种耐双相共晶结构高熵合金，其通式为CoFeNi₂V_0.3C_0.2。本实施例双相共晶高熵合金所述制备方法与实施例1相同。

经检测本实施例CoFeNi₂V_0.5C_0.3与实施例1CoFeNi₂V_0.5C_0.2同样具有优良的力学性能，合金屈服强度390MPa，工程断裂强度764MPa，延伸率23.1％。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种双相共晶结构高熵合金，其特征在于，其通式为CoFeNi₂V_xC_y,其中0.1≤x≤0.5,0.05≤y≤0.3,x和y为摩尔比。

2.根据权利要求1所述双相共晶结构高熵合金，其特征在于，所述通式CoFeNi₂V_xC_y中，0.3≤x≤0.5,0.1≤y≤0.2。

3.一种权利要求1或2所述双相共晶结构高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将Fe-C中间合金、Ni、Co和V按顺序堆放后采用真空电磁悬浮感应熔炼或真空电弧熔炼，获得双相共晶结构高熵合金。

4.根据权利要求3所述双相共晶结构高熵合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼过程包括以下步骤：所述Fe-C中间合金和Ni放在最下面，所述Co和V放在最上面。

5.根据权利要求3所述双相共晶结构高熵合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼过程中，抽真空至5×10^-3Pa～3×10^-3Pa，然后反冲氩气至0.03～0.05MPa。

6.根据权利要求3所述双相共晶结构高熵合金的制备方法，其特征在于，所述真空电弧熔炼时，合金铸锭翻转熔炼四～六次。

7.根据权利要求3所述双相共晶结构高熵合金的制备方法，其特征在于，所述真空电磁悬浮感应熔炼时，合金铸锭翻转熔炼四～六次。

8.根据权利要求3所述双相共晶结构高熵合金的制备方法，其特征在于，所述Co、Ni、V和Fe-C中间合金皆选用纯度为99.5wt％以上的工业级纯原料。