一种含双重有序相的CoNiV基中熵合金及其制备方法

一种含双重有序相的coniv基中熵合金及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种含双重有序相的coniv基中熵合金及其制备方法。

背景技术：

2.coniv基中熵合金是最新出现的一种新型单相面心立方合金，具有优异的性能，如常温强塑性均衡、耐低温性能、抗氢脆性能等，是一种极具应用潜力的氢能装备用结构材料，在航天航空、交通运输等领域具有巨大的应用。当前亟待解决的难题如何进一步提升coniv基中熵合金力学性能。
3.目前，向中熵合金内引入合适的析出相成为增强强度的有效方式之一，其中添加al、ti元素引入l12共格析出相能够大大提高coniv基中熵合金的强度。但是，传统l12长程有序析出相的引入，导致coniv基中熵合金内部局部应力集中，以致coniv基中熵合金在低温环境中的塑性急剧降低。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含双重有序相的coniv基中熵合金及其制备方法，本发明提供的coniv基中熵合金在低温环境中的强韧性较高。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供了一种含双重有序相的coniv基中熵合金，所述coniv基中熵合金的化学组成为(coniv)
1-x-y
al
x
tiy，以原子摩尔百分含量计，x的取值范围为0.5～3％；y的取值范围为0.5～2％；
6.所述coniv基中熵合金包括l12短程有序相和l11短程有序相，所述l12短程有序相的尺寸为1～5nm；所述l11短程有序相的尺寸＜1nm。
7.本发明还提供了上述所述的coniv基中熵合金的制备方法，包括以下步骤：
8.对应上述所述coniv基中熵合金的化学元素组成，将合金原料进行熔炼，得到预合金化锭；
9.将所述预合金化锭依次进行退火处理、变形处理、固溶处理和时效处理，得到所述coniv基中熵合金；
10.所述时效处理的温度为600～850℃，所述时效处理的保温时间为0.5～5h。
11.优选地，所述退火的温度为1000～1200℃，保温时间为20～25h；所述退火在氩气氛围中进行。
12.优选地，所述变形处理的方式包括冷轧。
13.优选地，所述固溶处理的温度为1000～1100℃，所述固溶处理的保温时间为1～60min。
14.优选地，升温至所述固溶处理的温度的升温速率为5～10℃/min。
15.优选地，升温至所述时效处理的温度的升温速率为5～10℃/min。
16.本发明提供了一种含双重有序相的coniv基中熵合金，所述coniv基中熵合金的化
学组成为(coniv)
1-x-y
al
x
tiy，以原子摩尔百分含量计，x的取值范围为0.5～3％；y的取值范围为0.5～2％；所述coniv基中熵合金包括l12短程有序相和l11短程有序相；所述l12短程有序相的尺寸为1～5nm；所述l11短程有序相的尺寸＜1nm。本发明通过将al、ti元素的用量控制在上述范围，避免产生其他金属间化合物。l12短程有序相是富含al和ti元素，而l11短程有序相是富含co、ni和v元素。通过合理的热处理工艺使得双重纳米短程有序相的尺度都控制在5nm以下，可以达到很好的析出强化效果。同时，当应力达到一定水平时位错很容易切过两种短程有序，因而相比传统l12长程有序析出相，本发明在强度提升的同时不会对塑性变形造成影响。因此，在低温状态下，所述coniv基中熵合金仍具有较高的强韧性。
17.本发明还提供了上述所述coniv基中熵合金的制备方法，包括以下步骤：
18.对应上述所述coniv基中熵合金的化学元素组成，将合金原料进行熔炼，得到预合金化锭；将所述预合金化锭依次进行退火处理、变形处理、固溶处理和时效处理，得到所述coniv基中熵合金。本发明通过限定时效温度和时间时间，从而得到两种尺度都在5nm以下的短程有序强化相。因此，在低温状态下，所述coniv基中熵合金仍具有较高的强韧性。
附图说明
19.图1为实施例1所制备(coniv)
97
al
1.5
ti
1.5
中熵合金的x射线衍射结果图；
20.图2为实施例1所制备(coniv)
97
al
1.5
ti
1.5
中熵合金中l12短程有序相的透射电镜图；
21.图3为实施例1所制备(coniv)
97
al
1.5
ti
1.5
中熵合金中l11短程有序相的透射电镜图。
22.图4为实施例2所制备(coniv)
95
al3ti2中熵合金的透射电镜图。
具体实施方式
23.本发明提供了一种含双重有序相的coniv基中熵合金，所述coniv基中熵合金的化学组成为(coniv)
1-x-y
al
x
tiy，以原子摩尔百分含量计，x的取值范围为0.5～3％；y的取值范围为0.5～2％；所述coniv基中熵合金包括l12短程有序相和l11短程有序相；所述l12短程有序相的尺寸为1～5nm；所述短程有序相的尺寸＜1nm。
24.在本发明中，所述coniv基中熵合金的化学组成为(coniv)
1-x-y
al
x
tiy，x的取值范围为0.5～3％，优选为1～2％；y的取值范围为0.5～2％，优选为1～1.5％。
25.在本发明中，所述l12短程有序相的尺寸为1～5nm，优选为2～3nm。在本发明中，所述l11短程有序相的尺寸＜1nm，更优选为0.1～0.5nm。
26.本发明还提供了上述所述coniv基中熵合金的制备方法，包括以下步骤：
27.对应上述所述coniv基中熵合金的化学元素组成，将合金原料次进行熔炼，得到预合金化锭；
28.将所述预合金化锭依次进行退火处理、变形处理、固溶处理和时效处理，得到所述coniv基中熵合金。
29.本发明将对应上述所述coniv基中熵合金的化学元素组成，将合金原料次进行熔炼，得到预合金化锭。
30.在本发明中，所述合金原料的纯度优选≥99.9％。本发明对所述原料的来源没有
特殊要求，采用本领域技术人员熟知来源的原料即可。
31.在本发明中，所述熔炼的温度优选为1800～2100℃，更优选为1900～2000℃。本发明优选将原料反复熔炼，所述熔炼的次数优选为6～8次。在本发明中，每次熔炼的时间优选为30～60s，对原料反复进行熔炼有利于合金成分更加均匀。
32.得到铸锭后，本发明将所述预合金化锭依次进行退火处理、变形处理、固溶处理和时效处理，得到所述coniv基中熵合金。
33.在本发明中，所述退火处理的温度优选为1000～1200℃，更优选为1100℃；时间优选为20～25h，更优选为24h。在本发明中，所述退火处理的优选在氩气氛围中进行。
34.在本发明中，所述退火处理后，优选还包括进行水淬，本发明对所述水淬不作具体限定，采用本领域熟知的操作即可。
35.在本发明中，所述变形处理的方式包括冷轧。在本发明中，所述变形处理的变形量优选为75～85％，更优选为80％。
36.在本发明中，所述固溶处理的温度优选为1000～1100℃，更优选为1010～1070℃，所述固溶处理的时间优选为1～60min,，更优选为2～20min。在本发明中，升温至所述固溶处理的温度的升温速率优选为5～10℃/min，更优选为8～9℃/min。在本发明中，所述固溶处理优选在马弗炉中进行。
37.在本发明中，所述固溶处理后，优选还包括进行水淬，本发明对所述水淬不作具体限定，采用本领域技术人员熟知的水淬操作即可。
38.在本发明中，所述时效处理的温度优选为600～850℃，更优选为650～800℃；所述时效处理的时间优选为0.5～5h，更优选为2～3h。在本发明中，升温至所述时效处理的温度的升温速率优选为5～10℃/min，更优选为8～9℃/min。在本发明中，所述时效处理优选在马弗炉中进行。
39.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.实施例1
41.(coniv)
96
al
1.5
ti
1.5
的制备：
42.按原子摩尔百分比，将金属v、金属co、金属ni、金属al和金属ti按照v：32.3％、co：32.3％、ni：32.3％、al:1.5％和ti:1.5％进行配料(各原料的纯度为99.9％)，总质量为120g。
43.将原料放入电弧熔炼炉中，反复熔炼6次，每次熔炼的温度为2000℃，每次熔炼的时间为30s，得到预合金化锭。
44.将马弗炉以10℃/min升温至1100℃，然后将预合金化锭放入炉中进行退火处理，时间为24h，退火后进行水淬，水淬后的合金进行线切割，得到长宽高分别为100*20*10mm的合金片，然后将所得合金片进行冷轧，轧制量为80％。
45.将冷轧后的合金片在温度1100℃的条件下进行固溶处理，固溶处理时间为5min，然后进行水淬。
46.将水淬后的合金片进行时效处理，时效处理的温度为800℃，处理时间为2h，然后
进行空冷至室温，得到(vconi)
94
al4ti2中熵合金。
47.图1为实施例1所制备(coniv)
97
al
1.5
ti
1.5
中熵合金的x射线衍射结果图，从图1可知：该合金基体为面心立方结构。
48.图2为实施例1所制备(coniv)
97
al
1.5
ti
1.5
中熵合金中l12短程有序相的透射电镜图；图3为实施例1所制备(coniv)
97
al
1.5
ti
1.5
中熵合金中l11短程有序相的透射电镜图，从图2～3可知：该合金含有l12短程有序相和l11短程有序相两级有序相，l12短程有序相尺度为1～5nm，而l11短程有序相的尺寸在1nm以下。
49.本发明还对实施例1制备所得的(coniv)
97
al
1.5
ti
1.5
中熵合金进行了拉伸测试，测试方法为：用线切割方法从所述中熵合金材料试样上切下扁平的狗骨状拉伸试样。拉伸试样的标距长度、宽度和厚度分别为8mm、1.8mm和1.2mm。在室温及77k(-196.15℃)温度条件下，采用通用试验机(care material testing system)以10-3
s-1
的固定应变率进行了单轴拉伸试验。每次拉伸试验重复三次，以确保数据再现性，测试结果：在室温下，所述(coniv)
97
al
1.5
ti
1.5
中熵合金具有优异的拉伸强度和延展性，所述(coniv)
97
al
1.5
ti
1.5
中熵合金分别表现出1.0gpa和1.5gpa的超高屈服强度和极限抗拉强度，以及近似37.3％的延伸率。在77k(-196.15℃)温度，实施例1制备所得的(coniv)
97
al
1.5
ti
1.5
中熵合金的屈服强度和极限抗拉强度分别为1.2gpa和1.85gpa，延伸率提升到43％。
50.实施例2
51.(coniv)
95
al3ti2中熵合金的制备，按原子摩尔百分比，将金属v、金属co、金属ni、金属al和金属ti按照v：31.7％、co：31.7％、ni：31.7％、al:3％和ti:2％进行配料(原料的纯度为99.9％)，总质量为150g，得到(coniv)
95
al3ti2中熵合金。
52.图4为实施例2所制备(coniv)
95
al3ti2中熵合金的透射电镜图，该合金含有l12短程有序相和l11短程有序相两级有序相，l12短程有序相尺度为1～5nm，而l11短程有序相的尺寸在1nm以下。
53.本发明还对实施例2制备所得的(coniv)
95
al3ti2中熵合金进行了拉伸测试，(coniv)
95
al3ti2中熵合金分别表现出1.15gpa和1.62gpa的超高屈服强度和极限抗拉强度，以及近似32.3％的延伸率。在77k(-196.15℃)温度，实施例2制备所得的(coniv)
95
al3ti2中熵合金的屈服强度和极限抗拉强度分别为1.3gpa和1.95gpa，延伸率提升到38％。
54.与其它一些已报道的中熵合金或者相变诱导塑性钢、双相钢，甚至马氏体钢相比，(coniv)
1-x-y
al
x
tiy(x＝0.5～3％，y＝0.5～2％)中熵合金材料具有优异的低温拉伸强度和延展性组合，具有在低温工程领域作为结构材料的潜力。
55.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种含双重有序相的coniv基中熵合金，其特征在于，所述coniv基中熵合金的化学组成为(coniv)
1-x-y
al
x
ti
y
，以原子摩尔百分含量计，x的取值范围为0.5～3％；y的取值范围为0.5～2％；所述coniv基中熵合金包括l12短程有序相和l11短程有序相；所述l12短程有序相的尺寸为1～5nm；所述l11短程有序相的尺寸＜1nm。2.权利要求1所述的coniv基中熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对应权利要求1所述coniv基中熵合金的化学元素组成，将合金原料进行熔炼，得到预合金锭；将所述预合金锭依次进行退火处理、变形处理、固溶处理和时效处理，得到所述coniv基中熵合金；所述时效处理的温度为600～850℃，所述时效处理的保温时间为0.5～5h。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为1000～1200℃，保温时间为20～25h；所述退火在氩气氛围中进行。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述变形处理包括冷轧。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为1000～1100℃，所述固溶处理的保温时间为1～60min。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，升温至所述固溶处理的温度的升温速率为5～10℃/min。7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，升温至所述时效处理的温度的升温速率为5～10℃/min。

技术总结

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种含双重有序相的CoNiV基中熵合金及其制备方法。本发明提供的CoNiV基中熵合金，所述CoNiV基中熵合金的化学组成为(CoNiV)

技术研发人员：

张显程 陆体文 孙彬涵 涂善东 姚宁 谢煜 陈曦宇

受保护的技术使用者：

华东理工大学

技术研发日：

2022.09.16

技术公布日：

2022/12/16