本發(fa)明屬于(yu)高性(xing)能合(he)金材料制備(bei)，具體涉及(ji)一種(zhong)高強塑性(xing)協同的ni0.6cofe1.4six多主元合(he)金及(ji)其(qi)制備(bei)方法。

背景技術：

1、高(gao)端裝(zhuang)備(bei)制造業的(de)發展(zhan)推動(dong)著高(gao)性能新型(xing)金屬(shu)結構材(cai)(cai)料(liao)的(de)研發和(he)制備(bei)。雖然以(yi)一種或兩種為主要元(yuan)(yuan)素的(de)傳統合(he)(he)(he)金仍(reng)然是(shi)(shi)當前(qian)工程(cheng)應(ying)(ying)用(yong)中的(de)首(shou)要選(xuan)擇，但是(shi)(shi)由(you)于(yu)(yu)其性能的(de)有(you)(you)限(xian)性，已難(nan)以(yi)滿足重要設備(bei)關鍵零部件的(de)應(ying)(ying)用(yong)要求。近(jin)年來(lai)，采用(yong)多主元(yuan)(yuan)成(cheng)分設計(ji)思路開發的(de)新型(xing)合(he)(he)(he)金材(cai)(cai)料(liao)越(yue)來(lai)越(yue)得到(dao)青睞(lai)。多主元(yuan)(yuan)合(he)(he)(he)金一般是(shi)(shi)指由(you)3個或3個以(yi)上的(de)主要元(yuan)(yuan)素組成(cheng)且總(zong)構型(xing)熵大(da)于(yu)(yu)1r(r是(shi)(shi)氣體(ti)常(chang)數)的(de)合(he)(he)(he)金。由(you)于(yu)(yu)高(gao)熵效應(ying)(ying)，多主元(yuan)(yuan)合(he)(he)(he)金傾向于(yu)(yu)形(xing)成(cheng)具有(you)(you)面心立方(fang)(fcc)、體(ti)系立方(fang)(bcc)或密排六方(fang)(hcp)結構的(de)簡單(dan)固溶體(ti)而不是(shi)(shi)復雜金屬(shu)間化合(he)(he)(he)物。

2、與(yu)傳統合(he)(he)金(jin)(jin)相比，bcc結(jie)構(gou)(gou)的多(duo)主(zhu)元合(he)(he)金(jin)(jin)具有(you)相對(dui)較高的硬度(du)(du)和(he)強度(du)(du)，良好(hao)的抗氧(yang)化性(xing)和(he)耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)，在核反(fan)應(ying)堆、航(hang)空航(hang)天、深(shen)海設備和(he)大型構(gou)(gou)件(jian)工程操作平臺等(deng)領域具有(you)巨大應(ying)用潛(qian)能，但該合(he)(he)金(jin)(jin)的低延(yan)展性(xing)限制其進一(yi)步的工程應(ying)用。通過(guo)添加(jia)微(wei)量合(he)(he)金(jin)(jin)化元素(su)(su)調(diao)控bcc結(jie)構(gou)(gou)多(duo)主(zhu)元合(he)(he)金(jin)(jin)的微(wei)觀組織和(he)相結(jie)構(gou)(gou)來改善其強塑(su)(su)性(xing)匹配問題成為一(yi)種可(ke)(ke)行方(fang)法。先前的研究表(biao)明通過(guo)添加(jia)大原子尺寸的ti、al或nb金(jin)(jin)屬元素(su)(su)，可(ke)(ke)以使bcc結(jie)構(gou)(gou)的feconi基多(duo)主(zhu)元合(he)(he)金(jin)(jin)發生相變，這導致該合(he)(he)金(jin)(jin)強度(du)(du)增加(jia)并具備一(yi)定塑(su)(su)性(xing)(j.wu,x.zhu,s.huang,z.lu,h.zhu,influence?of?ti?on?enhancing?the?strength?and?ductility?of?fe-richmedium-entropy?alloys:a?combined?theoretical?and?experimental?study,materialsscience?and?engineering?a?900(2024)146507；j.wu,x.liu,h.zhu,a?non-equiatomicni-co-fe?medium-entropy?alloy?with?excellent?wear?resistance?and?strength-ductility?combination?by?adding?al,materials?characterization,205(2023)113305；j.wu,h.zhu,z.xie,strength?and?ductility?synergy?ofnb-alloyedni0.6cofe1.4?alloys,international?journal?of?minerals,metallurgy?and?materials,30(2023)707-714)。然而，如何在進一(yi)步保(bao)持bcc結(jie)構(gou)(gou)feconi基多(duo)主(zhu)元合(he)(he)金(jin)(jin)高強度(du)(du)的同時大幅度(du)(du)提升其塑(su)(su)性(xing)仍是一(yi)個亟待解(jie)決的問題。

技術實現思路

1、針對(dui)現有(you)bcc結構(gou)多(duo)主(zhu)(zhu)元(yuan)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)存在的(de)(de)強塑性協(xie)同問(wen)題，本發明將(jiang)原(yuan)子半徑相對(dui)較(jiao)小的(de)(de)非金(jin)(jin)屬(shu)元(yuan)素(su)si作為合(he)(he)(he)金(jin)(jin)化元(yuan)素(su)添加至ni0.6cofe1.4多(duo)主(zhu)(zhu)元(yuan)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)，通(tong)過(guo)成分(fen)調控(kong)設計一種高強塑性協(xie)同的(de)(de)ni0.6cofe1.4six多(duo)主(zhu)(zhu)元(yuan)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。

2、為實現(xian)上述目的，本發明采用的技術方案(an)如下(xia):

3、第一方面(mian)，本發明提供了一種(zhong)高強塑(su)性協同的(de)ni0.6cofe1.4six多主元合金(jin)，所(suo)述合金(jin)由ni、co、fe和(he)si四種(zhong)元素組(zu)成，且按ni、co、fe、si摩(mo)爾比為0.6：1.0：1.4：x計(ji)量，x＝0.1～0.4，具體x可以為0.1、0.2、0.3或0.4。

4、進一步地(di)，該ni0.6cofe1.4six多主元(yuan)合金為包(bao)含(han)bcc、b2、fcc和(he)硅(gui)化物(wu)的多相結構(gou)。

5、進一步地(di)，該多主元合金的微(wei)觀組織由枝晶構成，硅化物在枝晶間析出。

6、第(di)二方面，本發明還提供了第(di)一方面所(suo)述的(de)高(gao)強(qiang)塑性協(xie)同的(de)ni0.6cofe1.4six多主(zhu)元(yuan)合金的(de)制備方法，包括以(yi)下步驟：

7、步驟1、將ni、co、fe、si單質原(yuan)料在無水乙醇中超聲清洗(xi)，然后(hou)轉(zhuan)移至真空干(gan)燥箱烘干(gan)；

8、步驟(zou)2、根據(ju)ni、co、fe、si摩爾比，稱取所需單(dan)質原料，隨后根據(ju)熔點由(you)低到高的(de)順序將(jiang)單(dan)質原料鋪于(yu)真空感(gan)應熔煉爐的(de)陶瓷坩堝中，將(jiang)爐腔做抽(chou)真空處理，隨后回填(tian)高純(chun)氬氣，進行真空感(gan)應熔煉，待初(chu)始單(dan)質原料全部熔化后，將(jiang)熔融態金屬溶液澆鑄(zhu)到銅模具中，并隨爐冷卻至室溫，獲得ni0.6cofe1.4six合金鑄(zhu)錠。

9、進一步(bu)地，步(bu)驟1中(zhong)，ni、co、fe和si單質原料的純度(du)分別為(wei)99.9％、99.95％、99.95％和99.999wt.％，且均為(wei)顆(ke)粒狀。

10、進一步(bu)地，步(bu)驟1中，超聲清(qing)洗時間為10～15min，烘干溫度為100℃。

11、進(jin)一步地，步驟2中，抽真空處理時先使用(yong)(yong)機械(xie)泵(beng)將熔(rong)煉爐(lu)腔(qiang)內真空壓(ya)力抽至5pa以下(xia)，隨后采(cai)用(yong)(yong)分子泵(beng)將真空壓(ya)力抽至1.0×10-3pa。

12、進一步地，步驟2中(zhong)，向熔煉(lian)爐中(zhong)回填純度為(wei)99.999wt.％的高(gao)純氬氣(qi)，直至腔(qiang)室真空壓(ya)力(li)達到1.0×10-2～1.0×10-1pa。

13、進(jin)一(yi)步地(di)，步驟2中，熔(rong)煉電流為(wei)600～680a。

14、進一(yi)步(bu)地(di)，步(bu)驟2中(zhong)，待(dai)初始單質原料全部熔化后(hou)，保持加熱2～6min。

15、與現(xian)有技術相(xiang)比，本發(fa)明的有益(yi)效果是(shi)：

16、本發(fa)明(ming)所提(ti)供的一種(zhong)(zhong)高(gao)(gao)強塑(su)性(xing)協同ni0.6cofe1.4six多(duo)(duo)主元合(he)金(jin)，由ni、co、fe和si四種(zhong)(zhong)常見元素組(zu)成，微量si元素的加(jia)入使(shi)該合(he)金(jin)表現出(chu)bcc+b2+fcc+nisi多(duo)(duo)相結構(gou)和典型(xing)的枝晶(jing)形貌，這顯著提(ti)高(gao)(gao)了合(he)金(jin)的強度(du)和塑(su)性(xing)。其中，ni0.6cofe1.4si0.3多(duo)(duo)主元合(he)金(jin)在室溫下拉伸強度(du)高(gao)(gao)達(da)1145.3mpa，斷裂延伸率增加(jia)至31.8％，實現了高(gao)(gao)強度(du)和優異(yi)塑(su)性(xing)的良好匹配，滿足高(gao)(gao)性(xing)能金(jin)屬(shu)結構(gou)材(cai)料(liao)的需要(yao)，并(bing)為(wei)解決bcc型(xing)多(duo)(duo)主元合(he)金(jin)的強塑(su)性(xing)匹配問題提(ti)供了新(xin)思(si)路(lu)。

17、本(ben)發明所提供的一種高強塑性(xing)協同ni0.6cofe1.4six多(duo)(duo)主(zhu)元合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的制備方(fang)法(fa)，包括以下(xia)步驟：首先按配(pei)比稱取單質原料，隨(sui)后(hou)進行熔煉，澆鑄，即可獲得(de)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)鑄錠。所得(de)多(duo)(duo)主(zhu)元合(he)(he)(he)金(jin)(jin)在無需任何形變(bian)強化工(gong)(gong)藝或熱處理的前提下(xia)便兼具(ju)高強度和優異的延展性(xing)配(pei)合(he)(he)(he)，優于現(xian)有(you)大部分多(duo)(duo)主(zhu)元合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。并且所述合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的制備工(gong)(gong)藝簡(jian)單，易于操作(zuo)，適合(he)(he)(he)大規(gui)模生產，極具(ju)工(gong)(gong)程(cheng)應用價值(zhi)。

技術特征：

1.一種高強塑性協同(tong)的ni0.6cofe1.4six多主元合(he)金，其(qi)特征在于，所述合(he)金由ni、co、fe和si四(si)種元素組(zu)成，且(qie)按ni、co、fe、si摩爾比(bi)為0.6：1.0：1.4：x計量，x=0.1~0.4。

2.如權利(li)要求1所(suo)述(shu)的ni0.6cofe1.4six多主元合金，其(qi)特征在于，x為(wei)0.1、0.2、0.3或0.4。

3.如權利(li)要求1所述的ni0.6cofe1.4six多主(zhu)元合(he)金(jin)(jin)，其(qi)特(te)征在于，該ni0.6cofe1.4six多主(zhu)元合(he)金(jin)(jin)為包含bcc、b2、fcc和硅化物(wu)的多相結構。

4.如權利要求1所(suo)述(shu)的ni0.6cofe1.4six多主(zhu)元(yuan)合金，其特(te)征在于，該多主(zhu)元(yuan)合金的微觀組織由枝晶構成，硅(gui)化物在枝晶間(jian)析出。

5.如權利要(yao)求1所述的ni0.6cofe1.4six多主元(yuan)合(he)金，其特(te)征在于，該ni0.6cofe1.4si0.3多主元(yuan)合(he)金在室溫(wen)下拉伸(shen)(shen)強度最高為1145.3mpa，斷裂延伸(shen)(shen)率增加至31.8％。

6.一(yi)(yi)種如權利(li)要求(qiu)1-5任一(yi)(yi)所述的(de)(de)ni0.6cofe1.4six多主元合金的(de)(de)制備方法(fa)，其特(te)征在于，包括(kuo)以下步驟：

7.如權利要求6所述的方法，其特征(zheng)在于(yu)，抽真空(kong)處理(li)時先(xian)使(shi)用機械泵(beng)將熔煉爐腔內真空(kong)壓力抽至5pa以下，隨后(hou)采用分子泵(beng)將真空(kong)壓力抽至1.0×10-3pa。

8.如權利要求(qiu)6所述的(de)方法，其特(te)征(zheng)在于，向熔煉爐中(zhong)回填純(chun)度為99.999wt.%的(de)高(gao)純(chun)氬氣，直至腔室真(zhen)空壓力達到1.0×10-2～1.0×10-1pa。

9.如權利要求6所述的方(fang)法，其特(te)征在于(yu)，熔煉電流為600～680a。

10.如(ru)權利要求6所述的(de)方法，其特(te)征在(zai)于，待初始單質原料全部熔化(hua)后，保持加熱2～6min。

技術總結
本發明公開了一種高強塑性協同的Ni<subgt;0.6</subgt;CoFe<subgt;1.4</subgt;Si<subgt;x</subgt;多主元合金，所述合金由Ni、Co、Fe和Si四種元素組成，且按Ni、Co、Fe、Si摩爾比為0.6：1.0：1.4：x計量，x=0.1~0.4，其步驟為：按配比稱取單質原料，隨后進行熔煉，澆鑄，即可獲得合金鑄錠。所得合金為包含BCC、B2、FCC和硅化物的多相結構，微觀組織由枝晶構成，硅化物在枝晶間析出，該合金在室溫下拉伸強度最高為1145.3MPa，斷裂延伸率增加至31.8％。

技術研發人員：吳健,朱和國
受保護的技術使用者：南京理工大學
技術研發日：
技術公布日：2024/9/19