專利名稱：一種高性能的納米胞狀晶組織結(jié)構(gòu)的多主元合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型多組元金屬材料，特別提供了一種高性能的納米胞狀晶組織結(jié)構(gòu)的多主元合金。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的金屬及其合金相比，多主元合金具有更高的硬度、優(yōu)異的耐磨和耐腐蝕性能。由于組成多主元合金的主要組元多元化，使得合金的成分具有更多的調(diào)節(jié)空間，進(jìn)而導(dǎo)致不同性能以滿足不同環(huán)境對材料的要求。因而，多主元合金的進(jìn)一步探索必將極大的豐富材料科學(xué)領(lǐng)域的研究，并拓寬該類材料的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，對于多主元合金的研究，主要包括合金化元素或者熱處理等工藝對于合金組織結(jié)構(gòu)、相組成、機(jī)械性能、摩擦磨損和腐蝕性能的影響；多主元合金在應(yīng)用領(lǐng)域的探索； 多主元合金的形成機(jī)理等。已見諸報道的多主元合金的組成元素主要圍繞著傳統(tǒng)材料中的元素，如Al、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu和Zr等主族和過渡族元素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高性能的納米胞狀晶組織結(jié)構(gòu)的多主元合金。該合金由于納米級胞狀晶的組織結(jié)構(gòu)，使多主元合金具有高的壓縮強(qiáng)度和較大的塑性應(yīng)變。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高性能的納米胞狀晶組織結(jié)構(gòu)的多主元合金，該合金含(摩爾比)0. 5 1. 3A1，0. 75 1. 3Co，0. 5 1. 4Cr,0. 9 1. 2Fe，0. 8 1. 2Ni，0 1. 2Si。所述的多主元合金，合金組織結(jié)構(gòu)主要為納米尺寸的胞狀晶，通過固溶和析出相強(qiáng)化途徑使得多主元合金具有較高的強(qiáng)度，同時具有一定的塑性。所述的多主元合金，該合金組織中納米胞狀晶的寬度約45 75nm，長度約90 230nmo所述的多主元合金，該合金的壓縮屈服強(qiáng)度1110_2396MPa，壓縮斷裂強(qiáng)度 2273-3012MPa，總應(yīng)變量 1. 2-20 %。所述的多主元合金，該合金具有綜合優(yōu)異性能時的成分為(摩爾比)1 Al, ICo, ICr, IFe, INi,0. 4Si0該合金壓縮屈服強(qiáng)度1524MPa，壓縮斷裂強(qiáng)度d^6MPa，總應(yīng)變量 12. 35%。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明Al-Co-Cr-Fe-Ni-Si多主元合金具有納米尺度的微觀組織結(jié)構(gòu)，Si元素的存在促進(jìn)合金中納米級胞狀晶的形成，進(jìn)而改善合金的力學(xué)性能，表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，具有較高的強(qiáng)度和較大的塑性應(yīng)變，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。2、本發(fā)明納米胞狀晶組織結(jié)構(gòu)的多主元合金通過常規(guī)的銅模澆鑄即可被成功獲得，無需后續(xù)處理，因而制備工藝簡單。


圖 1 為 AlCoCrFeNiSix(χ =、0· 2、0· 4、0· 6、0· 8 和 1. 0)合金的 XRD 曲線。圖 2 為 AlCoCrFeNiSix 合金(a) O、(b)0. 2、(c)0. 4、(d)0. 6、(e)0. 8 和(f) 1. O 的
背散射照片。圖3 為 AlCoCrFeNiSix 合金的 TEM 照片和選區(qū)衍射花樣(a) O、(b)0. 2、(c)0. 6、 (d) 0. 6 (晶界形貌，內(nèi)嵌圖片為δ相的選區(qū)衍射)、(e) 0. 8和(f) 0. 8 (圖加中C處的形貌， 內(nèi)嵌圖片為δ相的選區(qū)衍射)。圖4 為 AlCoCrFeNiSix(χ = 0、0· 2、0· 4、0· 6、0· 8 和 1. 0)合金的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
具體實(shí)施例方式以下通過實(shí)施例詳述本發(fā)明。實(shí)施例1選擇的多主元合金為AlCoCri^eNiSiQ.2 (角標(biāo)為摩爾比)。本發(fā)明AlC0Cri^NiSia2母合金的冶煉方法為常規(guī)技術(shù)，本實(shí)施例母合金冶煉具體工藝參數(shù)與過程如下本實(shí)施例所用的原材料分別為Al、Co、Cr、Fe、Ni、Si高純金屬(純度不低于 99wt. % )；母合金錠采用電弧熔煉，首先將工作腔抽真空至10_3 10_4Pa，然后再通入高純氬氣(純度為99. 99wt. % )進(jìn)行熔煉；熔煉合金之前，首先將電弧爐中的純Ti金屬錠熔化， 通過氧化反應(yīng)形成氧化鈦以進(jìn)一步降低工作腔內(nèi)氧的分壓；為保證合金鑄錠的成分盡可能均勻，每個合金鑄錠均需要反復(fù)熔煉3 5次；將合金鑄錠壓碎成小塊，將一定質(zhì)量的小塊合金放入底部帶有小孔(直徑1 1. 5mm)的石英管內(nèi)后，將工作腔抽真空至10_3 10_4Pa， 再進(jìn)行感應(yīng)熔煉，采用銅模澆鑄的方法來制備，用高純氬氣將石英管內(nèi)的合金熔體噴入正下方的銅模，進(jìn)行銅模澆鑄，獲得直徑為5mm棒狀樣品。由圖1-4可知，本實(shí)施例合金的晶體結(jié)構(gòu)為簡單的bcc單一固溶體結(jié)構(gòu)，由于調(diào)幅分解，在晶粒內(nèi)部均勻地形成了寬度約45 75nm，長度約90 230nm的胞狀晶。壓縮屈服強(qiáng)度達(dá)到1349MPa，壓縮斷裂強(qiáng)度達(dá)到2527MPa，總應(yīng)變達(dá)到12. 63%。實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于選擇的多主元合金為AlCoCr!^NiSia4(角標(biāo)為摩爾比)。本實(shí)施例合金壓縮屈服強(qiáng)度達(dá)到1524MPa，壓縮斷裂強(qiáng)度達(dá)到^^MPa，總應(yīng)變達(dá)到12. 35%。實(shí)施例3與實(shí)施例1不同之處在于選擇的多主元合金為AlC0Cri^NiSia6(角標(biāo)為摩爾比)。在本實(shí)施例合金的組織結(jié)構(gòu)中析出了尺寸約300nm的δ相，壓縮屈服強(qiáng)度達(dá)到1776MPa，壓縮斷裂強(qiáng)度達(dá)到 2273MPa,總應(yīng)變達(dá)到2. 71 %。實(shí)施例4與實(shí)施例1不同之處在于選擇的多主元合金為AlC0Cr!^NiSia8(角標(biāo)為摩爾比)。在本實(shí)施例合金的組織結(jié)構(gòu)中析出了尺寸約500nm的δ相，壓縮屈服強(qiáng)度達(dá)到2396MPa，壓縮斷裂強(qiáng)度達(dá)到 2744MPa，總應(yīng)變達(dá)到1. 47%。
權(quán)利要求
1.一種高性能的納米胞狀晶組織結(jié)構(gòu)的多主元合金，其特征在于，按摩爾比計，該合金成分為0. 5 1. 3Α1，0· 75 1. 3Co，0. 5 1. 4Cr,0. 9 1. 2Fe，0. 8 1. 2Ni，0 1. 2Si。
2.按照權(quán)利要求1所述的高性能的納米胞狀晶組織結(jié)構(gòu)的多主元合金，其特征在于， 該合金的組織中，納米胞狀晶的寬度45 75nm，長度90 230nm。
3.按照權(quán)利要求1所述的高性能的納米胞狀晶組織結(jié)構(gòu)的多主元合金，其特征在于， 該合金的壓縮屈服強(qiáng)度1110-2396MPa，壓縮斷裂強(qiáng)度2273_3012MPa，總應(yīng)變量1. 2-20 %。
4.按照權(quán)利要求1所述的高性能的納米胞狀晶組織結(jié)構(gòu)的多主元合金，其特征在于， 按摩爾比計，該合金具有綜合優(yōu)異性能時的成分為1A1，ICo，ICr，IFe, INi,0. 4Si。
5.按照權(quán)利要求4所述的高性能的納米胞狀晶組織結(jié)構(gòu)的多主元合金，其特征在于， 該合金壓縮屈服強(qiáng)度1524MPa，壓縮斷裂強(qiáng)度d^6MPa，總應(yīng)變量12. 35%。
全文摘要
本發(fā)明涉及新型多組元金屬材料，特別提供了一種高性能的納米胞狀晶組織結(jié)構(gòu)的多主元合金。該合金由Al-Co-Cr-Fe-Ni-Si六種元素組成，按摩爾比含量計，該合金成分為0.5～1.3Al，0.75～1.3Co，0.5～1.4Cr，0.9～1.2Fe，0.8～1.2Ni，0～1.2Si。該合金采用銅模澆鑄的方法來制備。該合金體系的組織結(jié)構(gòu)主要為納米級的胞狀晶，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，高的強(qiáng)度同時具有一定的塑性應(yīng)變。本發(fā)明中，Si元素的存在促進(jìn)合金中納米級胞狀晶的形成，進(jìn)而改善合金的力學(xué)性能，該多主元合金具有很大的潛在應(yīng)用前景。
文檔編號C22C30/00GK102212733SQ201010142879
公開日2011年10月12日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者付華萌, 張海峰, 李宏, 王愛民, 祝金明, 胡壯麒 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所