本技术涉及一种具备高强度和高延展性的抗氢脆中熵合金及其制备技术。该制备技术涵盖按照化学式(FeCrNi)<sub>100-x</sub>B<sub>x</sub>的比例混合原料,通过熔炼、冷却、热处理等步骤制成合金。该合金展现出优异的抗氢脆性能,适用于严苛环境下的材料应用。
背景技术
金属材料的发展深刻地影响着人类社会生产水平。随着生产力的高质量发展,尤其是航天航空、深海探测、新能源等领域的发展,对金属材料性能也提出了更高的要求。
传统合金成分以一种或两种元素为主,而高熵合金打破传统合金的设计理念,高熵合金是由五种或五种以上主要元素组成的新型合金,其混合熵大于1.5R,其中R为摩尔气体常数8.314J/(mol·K)。高熵合金相较于传统合金材料具有四大特性:高熵效应、晶格畸变、缓慢扩散和鸡尾酒效应,因此高熵合金呈现出更加优异的力学性能、耐蚀性、抗氧化性等。随着高熵合金近20年的发展,在其基础上逐渐发展出制备工艺更简单、成分更容易调控、性能更佳的中熵合金,中熵合金是由二到四种主元组成的合金,其混合熵大于1.0R且小于1.5R。
氢脆现在是指氢原子从环境进入到材料内部,当氢聚集在材料内部超过临界浓度时,会对材料的性能造成灾难性的影响,尤其在金属材料中,氢脆现象极其容易造成金属材料的失效。
近年很多研究发现高(中)熵合金在抗氢脆性能方面具有较大潜力,例如CoCrFeMnNi高熵合金、CoCrNi中熵合金等,但受制于Co价高昂,这些合金难以大规模市场应用。因此选取一种抗氢脆无Co的合金,在实际应用中具有重要意义。
张建等人(晶界相对Fe-Ni-Cr奥氏体合金氢脆的影响,金属学报,2008年9月第44卷第9期1095-1098页)研究了含硼(B)和无硼两种Fe-Ni-Cr奥氏体合金的内耗行为,发现B通过抑制晶界相的析出减弱了晶界对氢的捕获能力,从而减小氢致塑性损失。在该研究中,合金成分复杂,工艺耗时较长,在熔炼、锻造之后还需经过热轧、980℃固溶1h、水淬、740℃时效32h和空冷等过程,且熔炼过程中含0.008wt%B的合金2相比于无B的合金1所需熔炼温度更高、时间也明显延长。此外,该研究未针对B掺杂后对合金力学性能的影响进行探究。
公开号为CN 102409258 A的专利说明书公开了一种含硼的高强度、耐氢脆合金及其组织均匀性控制方法。该专利技术的含硼合金中硼含量为0.001wt%~0.1wt%,其组织均匀性控制方法中仍需要热轧、固溶、水淬和时效处理等过程,且根据硼含量的变化需要进行不同的固溶热处理。
可以看到,现有技术中合金成分复杂,难以兼顾材料强度和塑性,而且合金制作工艺操作步骤复杂、耗时长、成本高。因此,亟需一种可以简便地制作高硼含量合金的方法,以便于大规模化生产高强度、高延展率的抗氢脆中熵合金。
实现思路