本發(fā)明屬于金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種原位自生納米顆粒增強(qiáng)的cocrfenimn高熵合金及其制備方法。

　　背景技術(shù)：

　　近年來，高熵合金由于具有獨(dú)特的合金設(shè)計思路和組織結(jié)構(gòu)，在新金屬材料領(lǐng)域中獲得了極大的關(guān)注。其多組元的合金設(shè)計思路極大地增加了金屬材料的種類，為開發(fā)新型合金提供了全新的思路。同時，其熱力學(xué)上的高熵效應(yīng)、動力學(xué)上的遲滯擴(kuò)散效應(yīng)、微觀結(jié)構(gòu)上的晶格畸變效應(yīng)以及性能上的雞尾酒效應(yīng)使得高熵合金具有許多傳統(tǒng)合金不具備的特性。

　　到目前為止，國內(nèi)外科研人員已經(jīng)開發(fā)出眾多體系的高熵合金，而在現(xiàn)有的高熵合金中，由牛津大學(xué)cantor教授發(fā)現(xiàn)的cocrfenimn合金(被譽(yù)為cantoralloy)被認(rèn)為是迄今最經(jīng)典的高熵合金合金體系之一。該合金具有穩(wěn)定的無序面心立方結(jié)構(gòu)，同時在低溫下展現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能，并且具有較好的抗氫脆能力，在含氫環(huán)境中具有極大的應(yīng)用潛力。目前，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對該合金進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，是高熵合金中最為成熟，并最具有應(yīng)用前景的合金體系之一。但是，該合金也存在一些問題有待解決。一方面，該合金的室溫屈服強(qiáng)度較低，遠(yuǎn)低于高強(qiáng)鋼、鎳基高溫合金等傳統(tǒng)材料，這限制了該合金的應(yīng)用；另外一方面，由于該合金具有多組元且含有高含量的易揮發(fā)元素錳等，使得該合金在熔煉鑄造時容易產(chǎn)生嚴(yán)重的偏析以及錳元素?fù)]發(fā)，這增大了制備大尺寸的塊體材料的困難，不利于該合金的工業(yè)化生產(chǎn)。

　　為了提高金屬材料的強(qiáng)度，引入陶瓷顆粒是一種有效的方法，目前在鋁、鈦、銅、鎂等金屬材料中均得到應(yīng)用。而在高熵合金中，目前亦有學(xué)者嘗試通過引入sic，y2o3等陶瓷顆粒來嘗試提高高熵合金的強(qiáng)度，結(jié)果表明陶瓷顆粒可以顯著提高其強(qiáng)度。但是，現(xiàn)有的大部分顆粒強(qiáng)化高熵合金都是通過高能球磨和放電等離子燒結(jié)的方法制備的，這種工藝路線雖然能有效地引入顆粒，并且還能夠利用細(xì)化晶粒來進(jìn)一步提高材料的強(qiáng)度，但是放電等離子燒結(jié)設(shè)備，其價格較為昂貴，而所制備的產(chǎn)品的尺寸仍然較小。而且，受制于現(xiàn)有的模具材料，在燒結(jié)過程中所能施加的壓力，通常僅為幾十兆帕，這就不利于提高粉末的固結(jié)。此外，在放電等離子燒結(jié)過程中，樣品的宏觀及微觀尺寸(粉末邊界)上，均存在著較為溫度分布不均勻，這將導(dǎo)致材料性能的不均勻。這些因素都限制了使用放電等離子燒結(jié)方法制備高熵合金的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

　　因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

　　有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種原位自生納米顆粒增強(qiáng)的cocrfenimn高熵合金及其制備方法。

　　為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先提供了一種原位自生納米顆粒增強(qiáng)的cocrfenimn高熵合金，其中，所述納米顆粒至少包括tio(c)、(cr,mn)3o4和nbc中的一種，所述納米顆粒的尺寸為30～300nm，所述納米顆粒來自于過程控制劑與金屬元素的原位自生。均勻性極佳，且體積分?jǐn)?shù)可控。所述cocrfenimn高熵合金利用了細(xì)晶強(qiáng)化和納米顆粒強(qiáng)化的協(xié)調(diào)作用來提高材料強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度為800～1350mpa，屈服強(qiáng)度為500～1100mpa，延伸率為10％～20％。

　　本發(fā)明還提供了一種所述的cocrfenimn高熵合金的制備方法，包括以下步驟：

　　a.將co、cr、fe、ni、mn粉末，和feti粉末或nb粉末，及過程控制劑放入行星式球磨機(jī)中進(jìn)行球磨；

　　b.將球磨后的粉末放入第一模具中，壓制成預(yù)制塊；

　　c.將所述預(yù)制塊放置于包套中，并轉(zhuǎn)移至感應(yīng)加熱線圈中進(jìn)行感應(yīng)加熱；

　　d.將加熱后的所述預(yù)制塊放入第二模具中，進(jìn)行熱擠壓。

　　優(yōu)選地，所述步驟b，所述步驟c，和所述步驟d，分別在惰性氣體保護(hù)氣氛下進(jìn)行。

　　優(yōu)選地，所述步驟a中，所述過程控制劑為硬脂酸，添加量為0.5wt％。

　　優(yōu)選地，所述步驟b中，所述壓制的壓強(qiáng)為1150mpa，保壓時間為5分鐘。

　　優(yōu)選地，所述步驟c中，所述包套的材料為304不銹鋼。

　　優(yōu)選地，所述步驟c中，所述感應(yīng)加熱的溫度范圍為1050～1150℃，所述感應(yīng)加熱的保溫時間為2～5分鐘。

　　優(yōu)選地，所述步驟d中，熱擠壓的擠壓比為10:1。

　　優(yōu)選地，所述步驟b和/或步驟d中，還包括液壓機(jī)，由所述液壓機(jī)執(zhí)行壓制或熱擠壓操作。

　　優(yōu)選地，所述步驟d中，所述第二模具的截面為圓形。

　　本發(fā)明公開了一種原位自生納米顆粒增強(qiáng)的cocrfenimn高熵合金及其制備方法，所述cocrfenimn高熵合金同時結(jié)合了細(xì)晶強(qiáng)化和顆粒強(qiáng)化，二者的協(xié)同作用有效地提高了材料的強(qiáng)度，其屈服強(qiáng)度顯著高于普通cocrfenimn合金。所述cocrfenimn高熵合金的制備方法結(jié)合了高能球磨和熱擠壓工藝，利用高能球磨方法實(shí)現(xiàn)了元素的合金化，避免了熔煉鑄造過程中元素的揮發(fā)以及偏析，并且細(xì)化了晶粒；采用熱擠壓工藝實(shí)現(xiàn)了快速的粉末固結(jié)，并原位自生出納米顆粒，制備出兼具納米顆粒和細(xì)晶結(jié)構(gòu)的cocrfenimn高熵合金，有效地提高了cocrfenimn高熵合金的材料強(qiáng)度。此外，該方法可以直接采用生產(chǎn)ods高溫合金的現(xiàn)有工業(yè)化設(shè)備，成本較低，尺寸不受限制，適合進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

　　以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體步驟及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

　　附圖說明

　　圖1是本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例獲得的tio(c)顆粒強(qiáng)化cocrfenimn高熵合金掃描電鏡照片；

　　圖2是本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例獲得的tio(c)顆粒強(qiáng)化cocrfenimn高熵合金室溫拉伸曲線；

　　圖3是本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例獲得的(cr,mn)3o4+nbc顆粒強(qiáng)化cocrfenimn高熵合金室溫拉伸曲線。

　　圖4是本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例獲得的tio(c)顆粒強(qiáng)化cocrfenimn高熵合金室溫拉伸曲線。

　　具體實(shí)施方式

　　本發(fā)明提供了一種原位自生納米顆粒增強(qiáng)的cocrfenimn高熵合金及其制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

　　實(shí)施例一：tio(c)顆粒強(qiáng)化cocrfenimn高熵合金的制備

　　將co、cr、fe、ni、mn、feti粉末及0.5wt％的硬脂酸放入行星式球磨機(jī)中，先以200rpm的轉(zhuǎn)速球磨6小時，再以400rpm的轉(zhuǎn)速球磨66小時。球磨結(jié)束后，在惰性氣體保護(hù)氣氛下，取適量球磨后的粉末放入第一模具中，采用液壓機(jī)壓制成預(yù)制塊，液壓機(jī)壓制的壓強(qiáng)為1150mpa，保壓時間為5分鐘。進(jìn)一步地，將預(yù)制塊放置于不銹鋼包套中，并轉(zhuǎn)移至感應(yīng)加熱線圈中進(jìn)行感應(yīng)加熱，加熱溫度為1150℃，保溫時間為2分鐘。隨后，將加熱完畢的預(yù)制塊放入第二模具中，采用液壓機(jī)進(jìn)行熱擠壓，擠壓時第二模具的預(yù)熱溫度為450℃，擠壓比為9:1，用于熱擠壓的所述第二模具的截面為圓形，擠壓出棒狀的高熵合金。

　　所述棒狀高熵合金的掃描電鏡結(jié)果如圖1所示，顯示出經(jīng)過熱擠壓，所述棒狀高熵合金的棒材中原位自生出顆粒尺寸小于250nm的tio(c)顆粒，同時基體的晶粒尺寸小于2μm。拉伸試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，顯示出本實(shí)施例的高熵合金樣品的屈服強(qiáng)度為842mpa，抗拉強(qiáng)度為1020mpa，延伸率為12.1％。

　　實(shí)施例二：(cr,mn)3o4+nbc顆粒強(qiáng)化cocrfenimn高熵合金的制備

　　將co、cr、fe、ni、mn、nb粉末及0.5wt％的硬脂酸放入行星式球磨機(jī)中，先以200rpm的轉(zhuǎn)速球磨6小時，再以400rpm的轉(zhuǎn)速球磨66小時。球磨結(jié)束后，在惰性氣體保護(hù)氣氛下，取適量球磨后的粉末放入第一模具中，采用液壓機(jī)壓制成預(yù)制塊，液壓機(jī)壓制的壓強(qiáng)為1150mpa，保壓時間為5分鐘。進(jìn)一步地，將預(yù)制塊放置于不銹鋼包套中，并轉(zhuǎn)移至感應(yīng)加熱線圈中進(jìn)行感應(yīng)加熱，加熱溫度為1150℃，保溫時間為2分鐘。隨后，將加熱完畢的預(yù)制塊放入第二模具中，采用液壓機(jī)進(jìn)行熱擠壓，擠壓時第二模具的預(yù)熱溫度為450℃，擠壓比為9:1，用于熱擠壓的所述第二模具的截面為圓形，擠壓出棒狀的高熵合金。

　　拉伸試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，顯示出本實(shí)施例的高熵合金樣品的屈服強(qiáng)度為533mpa，抗拉強(qiáng)度為835mpa，延伸率為18.6％。

　　實(shí)施例三：tio(c)顆粒強(qiáng)化cocrfenimn高熵合金的制備

　　將co、cr、fe、ni、mn、feti粉末及0.5wt％的硬脂酸放入行星式球磨機(jī)中，先以200rpm的轉(zhuǎn)速球磨6小時，再以400rpm的轉(zhuǎn)速球磨66小時。球磨結(jié)束后，在惰性氣體保護(hù)氣氛下，取適量球磨后的粉末放入第一模具中，采用液壓機(jī)壓制成預(yù)制塊，液壓機(jī)壓制的壓強(qiáng)為1150mpa，保壓時間為5分鐘。進(jìn)一步地，將預(yù)制塊放置于不銹鋼包套中，并轉(zhuǎn)移至感應(yīng)加熱線圈中進(jìn)行感應(yīng)加熱，加熱溫度為1050℃，保溫時間為5分鐘。隨后，將加熱完畢的預(yù)制塊放入第二模具中，采用液壓機(jī)進(jìn)行熱擠壓，擠壓時第二模具的預(yù)熱溫度為450℃，擠壓比為9:1，用于熱擠壓的所述第二模具的截面為圓形，擠壓出棒狀的高熵合金。

　　拉伸試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，顯示出本實(shí)施例的高熵合金樣品的屈服強(qiáng)度為1055mpa，抗拉強(qiáng)度為1314mpa，延伸率為12.8％。