本新工艺旨在同步增强NiCoCrFeAlW共晶高熵合金的强度与塑性,选用纯度均超过99.5%的Ni、Co、Cr、Fe、Al、W金属单质作为原料,依据摩尔比例精确配比,通过创新的制备工艺,实现合金性能的显著提升。
背景技术
共晶高熵合金是一种多主元合金,自2014年首次提出以来,因其优异的力学性能、铸造性能和耐蚀性能而受到广泛关注。这类合金结合了共晶合金和高熵合金的优点,具有更广阔的应用前景。然而,传统的共晶高熵合金往往存在强度与塑性之间的权衡问题,限制了其在工程应用领域的进一步发展。因此通常需要通过一些工艺来改善其性能。
定向凝固技术是一种通过控制合金凝固过程中的热流方向来诱导凝固组织沿着特定方向生长的方法。这种技术已经被广泛应用于钛铝合金等材料的制备,以提升其力学性能。定向凝固技术允许对凝固过程进行精确控制,包括晶体生长方向、凝固速率和冷却速率,从而控制其微观组织结构。此外,定向凝固技术还能够使晶粒定向排列,在垂直于应力方向没有晶界,从而大大降低了因温度不均匀所造成的热应力,提高了材料的蠕变断裂寿命和热疲劳强度。最经典的AlCoCrFeNi2.1
共晶高熵合金通过定向凝固技术获得了更好的强度和塑性(P.Peng,S.Y.Li,W.Q.Chen,Y.L.Xu,X.D.Zhang,Z.K.Ma,J.T.Wang,Phaseselection and mechanical properties of directionally solidified AlCoCrFeNi2.1
eutectic high-entropy alloy,Journal of Alloys and Compounds,898(2022)162907)。
NiCoCrFeAlW共晶高熵合金是由西北工业大学吴庆峰等人最先设计出来的,具有比较良好的强度和塑性(Q.F.Wu,Z.J.Wang,T.Zheng,D.Chen,Z.S.Yang,Junjie Li,Ji-jung Kai,Jincheng Wang,A casting eutectic high entropy alloy with superiorstrength-ductility combination,Materials Letters,253(2019)268-271)。该共晶高熵合金是由B2相和FCC相组成的,具有半相干界面。当前对该共晶高熵合金的研究主要还是聚焦于如何提高其力学性能,王志军团队通过高温添加适量的硼,先通过初始固溶处理2小时,然后对固溶后的材料采用相选择再结晶进行热处理,最后再进行30%冷轧,700℃时效处理3小时后,可以强化FCC晶界和FCC/B2相界(Y.H.Jia,Z.J.Wang,Q.F.Wu,Y.F.Wei,X.Y.Bai,L.X.Liu,J.Y.Wang,X.M.Liu,L.Wang,F.He,J.J.Li,J.C.Wang,Boronmicroalloying for high-temperature eutectic high-entropy alloys,ActaMaterialia,262(2024)119427),获得更好的强度和塑性。吴庆峰等人通过相选择再结晶,主要通过循环的冷轧和退火处理,使得该共晶高熵合金得到强化(Q.F.Wu,F.He,J.Li,etal.Phase-selective recrystallization makes eutectic high-entropy alloysultra-ductile.Nature Communications13,(2022)4697)。目前的处理方法中,都需要通过相选择再结晶这种处理方法,需要精确控制加工参数,如变形量和退火温度,以获得所需的微观结构。这种精确控制会增加制造过程的复杂性和成本。实现理想的相选择再结晶微观结构需要对材料的微观组织进行精细调控,这在实际操作中具有较大困难,尤其是在工业规模生产中。因此上述文献中所报道的处理方法只能存在于实验室设计当中,实际工业生产中具有极大挑战性,难以批量生产。
尽管共晶高熵合金在成分设计、组织调控和材料制备方面取得了一定的进展,但是如何有效地结合定向凝固技术来进一步提升合金的性能,尤其是在提高强度的同时保持较大的塑性,仍然是个挑战。本发明旨在通过定向凝固技术,调控NiCoCrFeAlW共晶高熵合金的凝固过程,实现组织的生长控制,以同时提升合金的强度和塑性,克服现有技术中存在的局限。定向凝固技术能够使晶粒定向排列,在垂直于应力方向没有晶界,从而大大降低了因温度不均匀所造成的热应力,提高了材料的蠕变断裂寿命和热疲劳强度。此种方法并没有上述相选择再结晶的复杂性,实用性更强,可以实现大批量生产。
综上所述,本发明提供了一种通过定向凝固技术样品凝固时提高NiCoCrFeAlW共晶高熵合金强度和塑性的方法,该方法有望在工程应用领域发挥巨大的应用潜力。通过本发明的技术方案,可以实现共晶高熵合金的综合力学性能的显著提升,为其在更多领域的应用提供了可能。
实现思路