CN118186276A - 一种高熵合金及其制备方法 - Google Patents
一种高熵合金及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118186276A CN118186276A CN202410611703.1A CN202410611703A CN118186276A CN 118186276 A CN118186276 A CN 118186276A CN 202410611703 A CN202410611703 A CN 202410611703A CN 118186276 A CN118186276 A CN 118186276A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- entropy alloy
- phase
- entropy
- comparative example
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 165
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 164
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 26
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 26
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 20
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 19
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 88
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 71
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 59
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 15
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 14
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 12
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 10
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 10
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 7
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 5
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002061 Ni-Cr-Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000035967 Long Term Adverse Effects Diseases 0.000 description 1
- 229910000914 Mn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000002579 anti-swelling effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 229910001325 element alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000004643 material aging Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003335 steric effect Effects 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高熵合金及其制备方法，由以下原子百分比的组分组成：Fe：44at.%~51at.%，Mn：23at.%~26at.%，Ni：10at.%~16at.%，Cr：15at.%~21at.%，Al：1at.%~3at.%，Si：0~3at.%。本发明通过引入微量的Al和Si元素增强了合金的抗拉强度、塑性变形能力等力学性能，同时维持了高熵合金的单相面心立方结构，无任何析出相，保持了合金的均匀性和稳定性，在塑性和强度的平衡上表现出色，且本设计获得的不含Co元素的高熵合金更能够适应辐照等特殊环境。
Description
技术领域
本发明属于高熵合金技术领域，具体是涉及一种高熵合金及其制备方法。
背景技术
金属或合金的强度和韧性的协调是承载大型工程应用的重要指标，合金中各强度指标之间的协调是一个长期存在的问题。传统的晶粒细化、剧烈塑性变形或沉淀强化通常都是以牺牲环境温度下的延展性为代价来提高合金强度。
高熵合金（HEA）是近年来新开发的具有相等或近相等原子比的多元合金。HEA的性能不再受单一元素支配，突破了传统合金的设计理念，以多种元素作为合金的主要成分。由于元素种类较多，各主元元素的原子半径也不同，占据的晶格点阵具有随机性，因此合金有明显的固溶强化效应，导致位错运动、晶面滑移困难，从而使合金具有高强度和高硬度的特点。而具有复杂成分的HEA由于其更广泛的成分选择和成分配比，为开发新型更优异性能的合金材料带来更多可能性，引起了金属材料领域的广泛关注。目前，高熵合金研究最多的是3D过渡族高熵合金（Fe、Co、Cr、Ni、Mn等）和难熔系列高熵合金（W、Mo、Ta、Nb、V等）。然而，Co是一种高度中子活化元素，长时间使用会对环境产生长期不利影响，这严重地限制了高HEA在未来能源环境中的应用前景。因此，在设计抗辐照的HEA方面，在不影响其卓越的力学性能前提下，必须采用其他可行的元素代替合金中的Co元素，最终提高材料在更严峻和更苛刻的服役环境下的长期稳定性。
根据HEA的固溶体结构特性，HEA以其多元元素均匀混合的特性备受研究，尤其单相面心立方结构（FCC）引起广泛关注。这种结构在提高均匀性和稳定性、强度和硬度以及高温环境下的稳定性方面表现出色。然而，为充分发挥其优势，研究者们努力避免偏析和析出相的产生，制备单相面心立方结构的高熵合金成为当前材料科学研究的热点，为各种工程应用提供了一种有前景的材料选择。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种高熵合金及其制备方法，其组分中无Co元素，且具备单相面心立方结构，具有较好的塑性变形能力和较高的抗拉强度。
本发明的内容包括一种高熵合金，由以下原子百分比的组分组成：
Fe：44at.%~51at.%，Mn：23at.%~26at.%，Ni：10at.%~16at.%，Cr：15at.%~21at.%，Al：1at.%~3at.%，Si：0~3at.%。
更进一步地，由以下原子百分比的组分组成：
Fe：44at.%~50at.%，Mn：23at.%~26at.%，Ni：10at.%~15at.%，Cr：15at.%~20at.%，Al：1at.%~3at.%，Si：1at.%~3at.%。
更进一步地，由以下原子百分比的组分组成：
Fe：44at.%~49at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：1~3at.%，Si：0~3at.%。
更进一步地，由以下原子百分比的组分组成：
Fe：44at.%~48at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：1~3at.%，Si：1~3at.%。
更进一步地，由以下原子百分比的组分组成：
Fe：49at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：1at.%。
更进一步地，高熵合金在微观上具有FCC单相结构。
作为一个总的发明构思，本发明内容还包括一种高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、按原子百分比将Fe、Mn、Ni、Cr、Al、Si的金属粉末混合均匀；
S2、将步骤S1混合均匀后的金属粉末放入电弧熔炼炉中，打开真空泵对电弧熔炼炉腔室抽真空，向电弧熔炼炉中充入高纯氩气，进行电弧熔炼，反复熔炼6次~10次后，制成合金锭；
S3、对步骤S2得到的合金锭进行均匀化热处理，温度为1050℃~1250℃，保温时间为24h~48h，冷却至室温，得到高熵合金。
更进一步地，在步骤S2中，额外添加3at.%~5at.%的Mn。
更进一步地，在步骤S2中，抽真空至真空度达到10-4Pa~10-6Pa。
更进一步地，在步骤S2中，冲入高纯氩气至真空熔炼炉内压强为0.04MPa~0.07MPa。
本发明的有益效果：
1、本发明的高熵合金中引入Al和Si元素：Al和Si的原子尺寸比较大，引入合金中有助于形成高度混杂的固溶体结构，有助于提高合金的高熵效应，即多元素均匀分布的特性；Al和Si与大多数其他合金元素形成不同的晶格畸变，从而增加了合金的硬度和强度，可以有效地强化高熵合金的固溶体；改变了合金的自由能曲线，使得相分离的能垒增加，从而提高了合金的相稳定性，有助于抑制合金中的相分离现象；Al有益于形成强化相，而Si有助于提高合金的高温抗氧化性能，防止合金在高温环境或特殊环境中的失效，Al和Si有助于改善高温下的合金稳定性；可以改善高熵合金的加工性能，包括提高高熵合金的可锻性和成形性，使其更易于制备复杂形状的零件。
2、本发明通过将Al和Si含量控制在≤3at.%，避免Al/Si的偏析或形成富Al/Si的相，同时避免出现双相结构，始终维持单相面心立方结构，保持了合金的均匀性和稳定性。添加Al含量并合理的控制元素配比，在保持单相的同时具有更优异的塑性变形能力，添加Al和Si元素且具有单一面心立方结构的高熵合金，在塑性和强度的平衡上表现出色，实现了较高的塑性和相对稳定的强度的平衡，相对于传统合金具有更多的优势（传统合金中可能存在相分布不均匀或相的析出，这对强度和塑性产生负面影响），具有更广泛的应用可能性。
3、本发明的高熵合金中晶粒尺寸超过50μm：晶粒尺寸的增大可以减少晶界面，从而提高晶粒的韧性，有助于抵抗裂纹的扩展，提高材料的抗拉伸、韧性和冲击性能；较大的晶粒尺寸有助于提高材料的高温稳定性，后期的热处理中更容易控制；较大的晶粒尺寸有利于在后期样品处理中对材料的机械性能进行调控，例如通过可以再次进行形变控制晶粒以及热处理引入微观结构，大晶粒更容易被观察到这些微观结构的引入状态。
4、本发明的高熵合金具有单相面心立方结构，无任何析出相，具有高度的相稳定性，使合金在未来长时间使用或特殊环境中能够保持其原始晶体结构，防止晶体结构的变化和相变，从而有助于维持合金的力学性能和结构完整性；在高温或辐射等恶劣环境中，相变和结构演变可能导致材料老化和损伤，相稳定的合金则更能抵抗这些不利因素；合金的相变可能导致其对腐蚀的敏感性增加，相稳定性有助于维持合金的原始结构，提高其抗腐蚀性能，特别是能适应某些对腐蚀性能有要求的特殊环境。
5、本发明高熵合金中具有高度相稳定性，延长了合金在各种环境中的使用寿命，且不含Co元素，避免了高度中子活化元素在辐射环境中的不稳定影响，提高合金在辐射环境中服役的长期稳定性，通过添加Al和Si元素进一步改善合金抗辐射能力：Al和Si元素的添加可以引入位阻效应，即它们的原子尺寸较大，难以在晶格中找到适当的空间从而导致严重的晶格畸变效应，这种严重的晶格畸变效应可以减缓位错和其他晶格缺陷的形成，从而减缓辐照损伤的发展；由于Al和Si元素容易与空位形成复合体结构，从而降低了空位的迁移能力，这增强了合金的抗辐照能力，Al和Si以固溶体形式存在于合金中，与其他金属元素形成均匀的固溶体，有助于维持合金的均匀性，减轻辐照对晶体结构的影响；Al和Si的存在可以降低材料在服役过程中空位在其内部的迁移能力，从而减缓材料内部缺陷的扩散。本发明通过以上组分和微观结构特征，使高熵合金可以适应高温、辐照和特殊化学环境。
附图说明
图1：为本发明实施例1中得到的Fe49Mn25Ni10Cr15Al1样品的XRD图像；
图2：为本发明实施例3中得到的Fe47Mn25Ni10Cr15Al3样品的XRD图像；
图3：为本发明实施例5中得到的Fe44Mn25Ni10Cr15Al3Si3样品的XRD图像；
图4：为实施例1中Fe49Mn25Ni10Cr15Al1样品的SEM图像；
图5：为实施例2中Fe48Mn25Ni10Cr15Al2样品的SEM图像；
图6：为实施例3中Fe47Mn25Ni10Cr15Al3样品的SEM图像；
图7：为实施例4中Fe46Mn25Ni10Cr15Al3Si1样品的SEM图像；
图8：为实施例5中得Fe44Mn25Ni10Cr15Al3Si3样品的SEM图像；
图9：为对比例1中Fe25Mn25Ni30Cr20样品的SEM图像；
图10：为对比例2中Fe50Mn25Ni10Cr15样品的SEM图像；
图11：为对比例3中Fe44Mn25Ni10Cr15Al3Cu3样品的SEM图像；
图12：为对比例4中Fe44Mn25Ni10Cr15Al3Nb3样品的SEM图像；
图13：为对比例5中Fe46Mn25Ni10Cr15Al4样品的SEM图像；
图14：为对比例6中Fe45Mn25Ni10Cr15Al5样品的SEM图像；
图15：为对比例7中Fe43Mn25Ni10Cr15Al3Si4样品的SEM图像；
图16：为对比例8中Fe42Mn25Ni10Cr15Al3Si5样品的SEM图像；
图17：为实施例1中Fe49Mn25Ni10Cr15Al1样品在室温拉伸后的应力应变曲线图；
图18：为实施例2中Fe48Mn25Ni10Cr15Al2样品在室温拉伸后的应力应变曲线图；
图19：为实施例3中Fe47Mn25Ni10Cr15Al3样品在室温拉伸后的应力应变曲线图；
图20：为实施例4中Fe46Mn25Ni10Cr15Al3Si1样品在室温拉伸后的应力应变曲线图；
图21：为实施例5中Fe44Mn25Ni10Cr15Al3Si3样品在室温拉伸后的应力应变曲线图；
图22：为对比例1中Fe25Mn25Ni30Cr20样品在室温拉伸后的应力应变曲线图；
图23：为对比例2中Fe50Mn25Ni10Cr15样品在室温拉伸后的应力应变曲线图；
图24：为对比例3中Fe44Mn25Ni10Cr15Al3Cu3样品在室温拉伸后的应力应变曲线图；
图25：为对比例4中Fe44Mn25Ni10Cr15Al3Nb3样品在室温拉伸后的应力应变曲线图；
图26：为实施例1中Fe49Mn25Ni10Cr15Al1样品抗辐照损伤的TEM图像；
图27：为实施例3中Fe47Mn25Ni10Cr15Al3样品抗辐照损伤的TEM图像；
图28：为实施例5中Fe44Mn25Ni10Cr15Al3Si3样品抗辐照损伤的TEM图像；
图29：为对比例2Fe50Mn25Ni10Cr15样品抗辐照损伤的TEM图像；
图30：为对比例4Fe44Mn25Ni10Cr15Al3Nb3样品抗辐照损伤的TEM图像。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明实施例提供一种高熵合金，由以下原子百分比的组分组成：
Fe：44at.%~51at.%，Mn：23at.%~26at.%，Ni：10at.%~16at.%，Cr：15at.%~21at.%，Al：1at.%~3at.%，Si：0~3at.%。
在一个优选实施例中，高熵合金由以下原子百分比的组分组成：
Fe：44at.%~50at.%，Mn：23at.%~26at.%，Ni：10at.%~15at.%，Cr：15at.%~20at.%，Al：1at.%~3at.%，Si：1at.%~3at.%。
在一个优选实施例中，高熵合金由以下原子百分比的组分组成：
Fe：44at.%~49at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：1~3at.%，Si：0~3at.%。
在一个优选实施例中，高熵合金由以下原子百分比的组分组成：
Fe：44at.%~48at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：1~3at.%，Si：1~3at.%。
在一个优选实施例中，高熵合金由以下原子百分比的组分组成：
Fe：49at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：1at.%。
在一个优选实施例中，高熵合金由以下原子百分比的组分组成：
Fe：48at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：2at.%。
在一个优选实施例中，高熵合金由以下原子百分比的组分组成：
Fe：47at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：3at.%。
在一个优选实施例中，高熵合金由以下原子百分比的组分组成：
Fe：46at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：3at.%，Si：1at.%。
在一个优选实施例中，高熵合金由以下原子百分比的组分组成：
Fe：44at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：3at.%，Si：3at.%。
本发明实施例中的高熵合金在微观上均具有FCC单相结构。
本发明还提供一种高熵合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、按原子百分比取Fe、Mn、Ni、Cr、Al、Si的金属粉末，通过粉末机机械混合至均匀；
S2、充分清洗水冷坩埚磨具和电弧熔炼炉的腔室，将步骤S1充分混合均匀后的金属粉末装入水冷坩埚模具中，再置于电弧熔炼炉中，关闭电弧熔炼炉炉门，打开真空泵对电弧熔炼炉腔室抽真空，到达设计的真空度后关闭真空泵，开始向电弧熔炼炉中充入高纯氩气作为保护气氛，炉内压强达到设计范围后，进行电弧熔炼，反复熔炼6次~10次后，制成合金锭；将原料反复熔炼6次~10次后制成合金锭，熔炼6次~10次能够有效地增加制备样品的元素分布均匀性，如果低于6次可能会导致成分混合不均匀，最后得到的样品出现偏析行为；
S3、继续在纯氩气气氛内，对步骤S2得到的合金锭进行均匀化热处理，温度为1050℃~1250℃，保温时间为24h~48h，冷却至室温，得到高熵合金；通过均匀化热处理以进一步使得合金锭的成分充分均匀，采用纯氩气气氛进行高温保温是因为高纯氩气氛围能够有效地避免了样品在高温下与空气接触，从而防止样品表面被氧化，将制备得到的纽扣锭进行1050℃~1250℃保温24~64小时的热处理是对样品中的成分进行均质化处理，进一步保证了样品中元素分布的均匀性。
在一个优选实施例中，在步骤S2中，额外添加3at%~5at%的Mn，高温和一定压力状态下增加了Mn的挥发性，在熔炼过程中需要额外添加更多的Mn来抵消这些损失，以弥补在高温下气氛中可能发生的Mn的蒸发损失；具体地，在电弧熔炼的开始阶段或在合金稳定温度之前的早期阶段，确保在整个熔炼过程中Mn的浓度保持在目标范围内；具体地，将锰合金或锰粉末直接加入炉内，确保添加的方式不会引入其他不需要的元素，并通过均匀搅拌或其他混合方法确保锰均匀地分布在合金中。
在一个优选实施例中，在步骤S2中，抽真空至真空度达到10-4Pa~10-6Pa；采用该范围高真空主要有以下原因：防止熔炼过程中合金被空气中的水蒸气氧化，而在高真空环境可以有效防止金属在熔炼过程中与氧气发生氧化反应，氧化会导致合金中氧的含量增加，形成氧化物，降低金属的纯度和性能，通过维持高真空度，可以最大程度地减少氧的存在，确保金属合金的质量；防止气体杂质（含C、N或O等元素的气体）对样品的污染，高真空环境可以最大限度的排除气体杂质，通过保持高真空度，可以降低这些气体杂质的含量，提高合金的纯度；可以有效地提高熔炼温度，这是因为高真空环境有助于提高金属合金的熔点温度，使得金属在较高温度下保持液态状态，有利于更彻底地混合合金组分，获得均匀的合金结构；防止粉尘或者杂物掉入熔炼炉，从而防止杂质吸附；较高的真空度有助于保持金属表面的洁净性，提高制备样品的纯度。
在一个优选实施例中，在步骤S2中，冲入高纯氩气至真空熔炼炉内压强为0.04MPa~0.07MPa；充入高纯氩气可以有效防止熔炼过程中金属合金在高温下与空气中的氧气发生氧化反应，氧化会影响金属的质量和性能，因此保护气氛的使用可以确保金属在熔炼过程中不受氧的影响，保持合金的纯净性。
实施例1
本实施例按照原子比例为Fe：49at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：1at.%分别称取Fe、Mn、Ni、Cr和Al粉末料；用粉末机机械地将金属粉末混合至充分均匀；随后将充分混合均匀的配料装入水冷坩埚磨具中，随后将水冷坩埚磨具置入电弧熔炼炉中，关闭电弧熔炼炉炉门，打开真空泵对电弧熔炼炉腔室抽真空，在真空度达到10-5Pa后关闭真空泵，开始充入高纯氩气作为样品制备过程中的保护气氛，炉内氩气气氛的压强为0.05MPa，在纯氩气气氛保护下进行电弧熔炼（熔炼功率保持在80KW~90KW），采用感应加热方式将粉末至完全熔化后，采用电磁搅拌均匀，将原料反复熔炼8次后制成合金纽扣锭；继续在纯氩气气氛内对所得合金纽扣锭进行1200℃保温48小时，以进一步使得合金纽扣锭的成分充分均匀，最后，冷却至室温后得到无Co高熵合金，用Fe49Mn25Ni10Cr15Al1表示。
实施例2
本实施例按照原子百分比为Fe：48at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：2at.%分别称取Fe、Mn、Ni、Cr和Al粉末料，其他步骤均与实施例1相同，获得的高熵合金用Fe48Mn25Ni10Cr15Al2表示。
实施例3
本实施例按照原子百分比为Fe：47at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：3at.%分别称取Fe、Mn、Ni、Cr和Al粉末料，其他步骤均与实施例1相同，获得的高熵合金用Fe47Mn25Ni10Cr15Al3表示。
实施例4
本实施例按照原子百分比为Fe：46at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：3at.%，Si：1at.%分别称取Fe、Mn、Ni、Cr、Al和Si粉末料，其他步骤均与实施例1相同，获得的高熵合金用Fe46Mn25Ni10Cr15Al3Si1表示。
实施例5
本实施例按照原子百分比为Fe：44at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：3at.%，Si：3at.%分别称取Fe、Mn、Ni、Cr、Al和Si粉末料，其他步骤均与实施例1相同，获得的高熵合金用Fe44Mn25Ni10Cr15Al3Si3表示。
对比例1
本对比例按照原子百分比为Fe:25at.%、Mn:25at.%、Ni:30at.%、Cr:30at.%分别称取Fe、Mn、Ni和Cr粉末料，其他步骤均与实施例1相同，获得的高熵合金用Fe25Mn25Ni30Cr30表示。
对比例2
本对比例按照原子百分比为Fe：50at.%、Mn：25at.%、Ni：10at.%、Cr：15at.%分别称取Fe、Mn、Ni和Cr粉末料，其他步骤均与实施例1相同，获得的高熵合金用Fe50Mn25Ni10Cr15表示。
对比例3
本对比例按照原子百分比为Fe：44at.%、Mn：25at.%、Ni：10at.%、Cr：15at.%、Al：3at.%、Cu：3at.%分别称取Fe、Mn、Ni、Cr、Al和Cu粉末料，其他步骤均与实施例1相同，获得的高熵合金用Fe44Mn25Ni10Cr15Al3Cu3表示。
对比例4
本对比例按照原子百分比为Fe：44at.%、Mn：25at.%、Ni：10at.%、Cr：15at.%、Al：3at.%、Nb：3at.%分别称取Fe、Mn、Ni、Cr、Al和Nb粉末料，其他步骤均与实施例1相同，获得的高熵合金用Fe44Mn25Ni10Cr15Al3Nb3表示。
对比例5
本对比例按照原子百分比为Fe：46at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：4at.%分别称取Fe、Mn、Ni、Cr和Al粉末料，其他步骤均与实施例1相同，获得的高熵合金用Fe46Mn25Ni10Cr15Al4表示。
对比例6
本对比例按照原子百分比为Fe：45at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：5at.%分别称取Fe、Mn、Ni、Cr和Al粉末料，其他步骤均与实施例1相同，获得的高熵合金用Fe45Mn25Ni10Cr15Al5表示。
对比例7
本对比例按照原子百分比为Fe：43at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：3at.%，Si：4at.%分别称取Fe、Mn、Ni、Cr、Al和Si粉末料，其他步骤均与实施例1相同，获得的高熵合金用Fe43Mn25Ni10Cr15Al3Si4表示。
对比例8
本对比例按照原子百分比为Fe：42at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：3at.%，Si：5at.%分别称取Fe、Mn、Ni、Cr、Al和Si粉末料，其他步骤均与实施例1相同，获得的高熵合金用Fe42Mn25Ni10Cr15Al3Si5表示。
对实施例1、实施例3和实施例5制备得到的高熵合金样品进行了X射线衍射测量，分别如图1-图3所示，可以看出，样品为完全再结晶的面心立方再结晶晶粒，未发生任何析出和相变变化，说明实施例1得到的高熵合金具有高度的相稳定性，表面微观组织呈现典型的面心立方结构，未观察到任何析出相，并且晶粒尺寸超过50μm。在Fe-Mn-Ni-Cr-Al合金中加入Cu和Nb元素后，如图11和图12所示，对比例3和对比例4得到的合金中的SEM结果中均明显出现析出相，不再保持单相，出现了明显的析出相，而在实施例3中添加Si元素得到了实施例4和实施例5的合金，采用SEM对实施例4和实施例5样品进行表征，如图7和图8所示，实施例中高熵合金的微观结构形貌图始终表现出单相结构，未观察到沉淀相的形成；将对比例3、对比例4与实施例5比较，说明将本发明实施例中的Fe-Mn-Ni-Cr-Al-Si合金中的Si替换为其他元素如Cu或Nb，高熵合金均不能保持单相。
对所有实施例和对比例制备得到的高熵合金样品进行了扫描电子显微镜测量，如图4-图8以及图9-图16所示：
如图4-图8所示，实施例1-5中均显示出单相的结构，未观察到任何析出相。本发明高熵合金为FCC结构，需要说明的是，本发明实施例的SEM图中可以看出到极微量的第二相，但从材料学角度可视为不计，因此本发明高熵合金可视为单相FCC结构。
如图9所示，对比例1的样品中观察到较高密度的Cr析出相，在晶界和晶内均有明显的Cr析出，这是因为在对比例1中合金中，Cr的含量相对较高，同时由于Cr在这种Fe25Mn25Ni30Cr20中的成分比例下的溶解度较低，当合金冷却时，超过溶解度的Cr很容易在晶界和晶内形成析出相。
如图10所示，随着Fe浓度增加和Cr浓度降低，在对比例2的Fe50Mn25Ni10Cr15中观察到Cr的析出相变少，并且主要分布在晶界附近，这是因为较低的Cr含量增加了其在基体中的溶解度，从而减少了整体的析出量，同时Fe作为基体元素之一，增加Fe的含量会改变合金的微观结构，尤其是影响其他元素（如Cr）的溶解度，在Fe含量较高的合金中，Cr的溶解度可能会增加，导致Cr析出相减少，但可以观察到对比例2中仍存在少量析出相。
如图4、图5和图6所示，实施例1-3中，进一步在对比例中添加Al，由于Al的原子半径远大于Fe、Mn、Cr和Ni元素，从而引起晶格畸变，这种畸变可以影响析出相的形成机制，并导致原有的析出相稳定性降低，从而抑制析出相的形成，最终得到单相的合金，另外，Al的加入可能改变了合金的相图，从而改变了合金中各元素的溶解，因此Al的加入增加了Cr在基体中的溶解度，从而防止了Cr的析出。如图13和图14所示，本发明研究过程中发现，对比例5和6中，随着Fe47Mn25Ni10Cr15Al3中持续添加Al浓度，当Al浓度达到4形成Fe46Mn25Ni10Cr15Al4合金后，不再是单相的FCC结构，并且在合金中观察更明显的双相组分，这是因为随着Al浓度的增加，合金的相图会发生变化，原本在Fe47Mn25Ni10Cr15Al3中稳定存在的FCC相因Al含量的增加而变得不稳定，此时出现新的相（如体心立方（BCC）相或其他亚稳相），这会导致合金从单一FCC结构转变为包含多个不同相的复合结构；随着Al含量的增加至5%，由于Al浓度超过固溶限度后强烈地改变了合金的热力学和动力学特性、电子结构、晶格稳定性以及元素间的相互作用而降低其相稳定性，导致了其他的亚稳相。因此，形成的Fe45Mn25Ni10Cr15Al5合金的微观结构和相组成发生了显著变化，转变为包含更明显的双相组分。
如图7和图8所示，实施例4和5中，进一步加入Si后，Si作为固溶体强化元素，加入铁基合金中时，由于其原子尺寸与铁不同，会引起晶格畸变，增强晶格阻力，从而提高合金的强度，同时Si的加入也改变了合金的化学组成，这导致合金中的原子间相互作用发生变化，从而增强材料的内聚力，提高力学性能。如图15和图16所示，本发明研究过程中发现，在对比例7和对比例8中，Si增加至4%时超过了Si在Fe-Mn-Ni-Cr-Al基体中的固溶极限，导致过剩的Si无法形成均匀的固溶体，从而引发析出和微观空洞，随着Si含量进一步增加至5%，合金的热力学平衡可能改变，元素间的相互作用可能导致某些区域化学成分不均匀，这种不均匀性可能导致局部区域析出相的形成，最终导致某些相变得不稳定，进而形成更明显的析出相。
对比例3显示出明显的Cu析出，对比例4显示出明显的Nb析出。
以上结果，说明本发明实施例通过合理设计高熵合金的组分，引入Al或Si，保持了良好的单相FCC结构，并且其具有优异的相稳定性。
将所有实施例和对比例中得到的高熵合金样品制成标距为10mm、宽度为4mm、厚度为1mm的标准拉伸样品，并采用Instron Model 5565型拉伸机上以1×10-4/S的加载数量进行拉伸力学性能测试，其结果如图13-图25和表1所示：
与对比例2相比，实施例1在添加1at.%的Al元素后具有相对较高的塑性变形能量，实施例1与对比例1、2的抗拉强度差距低于10MPa，说明强度几乎未受到明显的影响。
从实施例1、2、3可以看出，随着Al含量增加，抗拉强度明显地升高，在实施例3中达到857.39MPa，并且延伸率也处于较高值（61.72%），这说明添加Al使得在保持单相的同时合金塑性得到了明显的提高。
进一步在实施例3中添加Si元素得到了实施例4和实施例5的合金，通过力学拉伸机对实施例4和实施例5样品进行测量，其结果如图20和图21所示，相较于实施例3，实施例4和实施例5的抗拉强度得到进一步提高，远高于对所有对比例；添加其他微量元素Cu或者Nb，得到了对比例3和对比例4的样品，对比例3和对比例4的力学拉伸结果如图24和图25所示，抗拉强度和塑性均出现明显降低，这说明对比例3和对比例4的析出相都将导致力学性能下降。这是因为Al和Si在FCC合金的晶格中替代原子，从而引起晶格畸变，同时Al和Si元素通常能够在FCC合金中形成固溶体，而不倾向于形成单独的第二相；实施例1-5合金中设计的Al和Si的加入通过固溶强化提高合金的强度，同时保持良好的塑性和单一的FCC结构，没有析出相的形成，并且Al和Si原子引起的这种畸变增加了位错移动所需的应力，从而提高了合金的强度；与Al和Si不同，Nb和Cu有时倾向于在FCC合金中形成独立的析出相，这些析出相在微观结构中形成独立的区域，可能会削弱晶界，从而降低合金的强度和塑性。因此本发明设计得到的合金在保持良好的相稳定下具有优异的力学性能。
为了测试本设计合金中的抗辐照性能，对实施例1、实施例3、实施例5、对比例2和对比例4合金进行了氦（He）离子辐照。已经被广泛证明的是，辐射环境下合金中的He泡尺寸越大对应于合金越容易发生肿胀，从而表现出较差的抗辐照损伤能力。在20keV的He离子束条件下对制备的实施例3、实施例5和对比例2合金辐照至5×1016He/cm²，同时设定辐照温度为450℃，以测试真实辐射环境中合金面临的He离子损伤，并采用透射电子显微镜对He离子辐照后形成的He泡进行了表征，结果如图26-图30所示。如图29和图30所示，在对比例2和对比例4的透射电子显微镜结果中出现较大尺寸的He泡，尤其是在对比例4中，由于较大的Al和Nb析出相影响了氦泡的迁移，导致其表面出现较大尺寸的He泡聚集，这严重地降低了合金的抗肿胀能力。因此，本发明设计通过微量加入Al和Si元素，明显地提高了合金的力学性能，并且具有优异的抗辐照性能。
表1 高熵合金的拉伸性能
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种高熵合金，其特征在于，由以下原子百分比的组分组成：
Fe：44at.%~50at.%，Mn：23at.%~26at.%，Ni：10at.%~15at.%，Cr：15at.%~20at.%，Al：1at.%~3at.%，Si：1at.%~3at.%。
2.如权利要求1所述的高熵合金，其特征在于，由以下原子百分比的组分组成：
Fe：44at.%~48at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：1~3at.%，Si：1~3at.%。
3.如权利要求1所述的高熵合金，其特征在于，由以下原子百分比的组分组成：
Fe：49at.%，Mn：25at.%，Ni：10at.%，Cr：15at.%，Al：1at.%。
4.如权利要求1所述的高熵合金，其特征在于，所述高熵合金在微观上具有FCC单相结构。
5.一种如权利要求1至4中任一项所述的高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按原子百分比将Fe、Mn、Ni、Cr、Al和Si的金属粉末混合均匀；
S2、将步骤S1混合均匀后的所述金属粉末放入电弧熔炼炉中，打开真空泵对电弧熔炼炉腔室抽真空，向电弧熔炼炉中充入高纯氩气，进行电弧熔炼，反复熔炼6次~10次后，制成合金锭；
S3、对步骤S2得到的所述合金锭进行均匀化热处理，温度为1050℃~1250℃，保温时间为24h~48h，冷却至室温，得到所述高熵合金。
6.如权利要求5所述的高熵合金的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，额外添加3at.%~5at.%的Mn。
7.如权利要求5所述的高熵合金的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，抽真空至真空度达到10-4Pa~10-6Pa。
8.如权利要求5所述的高熵合金的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，冲入高纯氩气至真空熔炼炉内压强为0.04MPa~0.07MPa。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410611703.1A CN118186276A (zh) | 2024-05-16 | 2024-05-16 | 一种高熵合金及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410611703.1A CN118186276A (zh) | 2024-05-16 | 2024-05-16 | 一种高熵合金及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118186276A true CN118186276A (zh) | 2024-06-14 |
Family
ID=91398741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410611703.1A Pending CN118186276A (zh) | 2024-05-16 | 2024-05-16 | 一种高熵合金及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118186276A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1981001156A1 (en) * | 1979-10-25 | 1981-04-30 | Cirepa Sa | Ferrous alloy with high molybdenum and chromium content |
| CN101386928A (zh) * | 2008-10-24 | 2009-03-18 | 昆明理工大学 | 一种含难混溶元素的高熵合金制备方法 |
| DE102017011553A1 (de) * | 2017-12-14 | 2019-06-19 | Daimler Ag | Beschichtung aus einer konfigurationsentropiestabiliesierten Legierung, Karosserieteil mit einer solchen Beschichtung, Verfahren zur Herstellung eines Karosserieteils mit einer solchen Beschichtung, sowie Verwendung einer solchen Beschichtung zum Beschichten eines Karosserieteils |
-
2024
- 2024-05-16 CN CN202410611703.1A patent/CN118186276A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1981001156A1 (en) * | 1979-10-25 | 1981-04-30 | Cirepa Sa | Ferrous alloy with high molybdenum and chromium content |
| CN101386928A (zh) * | 2008-10-24 | 2009-03-18 | 昆明理工大学 | 一种含难混溶元素的高熵合金制备方法 |
| DE102017011553A1 (de) * | 2017-12-14 | 2019-06-19 | Daimler Ag | Beschichtung aus einer konfigurationsentropiestabiliesierten Legierung, Karosserieteil mit einer solchen Beschichtung, Verfahren zur Herstellung eines Karosserieteils mit einer solchen Beschichtung, sowie Verwendung einer solchen Beschichtung zum Beschichten eines Karosserieteils |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ESSAM R. I. MAHMOUD等: "Phase Prediction, Microstructure and Mechanical Properties of Fe–Mn–Ni–Cr–Al–Si High Entropy Alloys"，Essam R. I. Mahmoud", METALS, 8 July 2022 (2022-07-08), pages 3 * |
| RAYMOND KWESI NUTOR等: "Microstructure and properties of a Co-free Fe50Mn27Ni10Cr13 high entropy alloy", JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS, 26 August 2020 (2020-08-26), pages 2 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113025865B (zh) | 一种AlCoCrFeNi系双相组织高熵合金制备方法 | |
| CN107739956B (zh) | 一种Nb微合金化Ni-Co-Fe-Cr-Al高熵合金 | |
| CN111961946B (zh) | 一种低成本高强高韧中熵合金及制备方法 | |
| CN111809120B (zh) | 一种低膨胀合金及其制备方法 | |
| CN115141984B (zh) | 一种高熵奥氏体不锈钢及其制备方法 | |
| KR102663387B1 (ko) | 스피노달 분해를 이용한 경량 중엔트로피 합금 | |
| CN110952041B (zh) | 一种Fe-Mn-Ni-Cr四组元高熵合金 | |
| US11851735B2 (en) | High-strength and ductile multicomponent precision resistance alloys and fabrication methods thereof | |
| CN114457270A (zh) | L12颗粒强塑化的中熵合金及其制备方法 | |
| US11242585B2 (en) | Iron-based superalloy for high temperature 700 ° C. with coherent precipitation of cuboidal B2 nanoparticles | |
| CN115233071B (zh) | 一种Ni-Fe基高温中熵合金及其制备方法 | |
| CN113430444A (zh) | 一种高塑性高强度的高熵合金及其制备方法 | |
| CN111996397A (zh) | 一种调控CoNiV中熵合金抗氢脆和腐蚀性能的方法 | |
| CN109136704A (zh) | 一种高强度单相(α相)镁锂合金材料及其制备方法 | |
| CN118186276A (zh) | 一种高熵合金及其制备方法 | |
| CN115691931A (zh) | 一种高强韧多组元软磁合金及其制备方法 | |
| CN115404385A (zh) | 一种有优异室温拉伸延展性的难熔高熵合金及其制备方法 | |
| CN117987714B (zh) | 一种高强度轻质高熵合金及其制备方法 | |
| CN116024477B (zh) | 一种VCoNi系中熵合金及其制备方法 | |
| CN113621860B (zh) | 一种Fe-Ni-Co-Al-Dy超弹性合金及其制备方法 | |
| CN114934208B (zh) | 一种抗高温蠕变高热稳定性的铜基复合材料及其制备方法 | |
| CN115584424B (zh) | 耐高温耐辐照高熵合金及其制备方法和应用 | |
| CN116574951A (zh) | 一种调控钼铼合金变形孪晶密度的方法 | |
| CN116875866A (zh) | 一种L12相强化型Fe-Co-Ni基高熵合金及其制备方法 | |
| CN116240423A (zh) | 具有高密度孪晶与低失配度析出相的铜合金及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |