本發(fā)明屬于高熵合金材料領(lǐng)域，具體地指一種基于碳化物析出相強(qiáng)化的抗氫脆高熵合金及制備方法。

背景技術(shù)：

1、氫脆是指滲透到金屬內(nèi)部的氫原子與基體發(fā)生相互作用，導(dǎo)致材料的強(qiáng)度、延伸率等力學(xué)性能降低，或是造成材料內(nèi)部應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生裂紋，發(fā)生氫致斷裂的現(xiàn)象。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)工程裝備材料的性能要求也越來(lái)越高，特別是航空、海洋、石油、化工、核能等領(lǐng)域。由于上述領(lǐng)域的工作環(huán)境通常是高壓氫氣、高溫水鹽溶液等，因此工程裝備材料會(huì)長(zhǎng)期暴露在含氫環(huán)境中，對(duì)零件的安全性和可靠性構(gòu)成重大威脅，加大了氫脆發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，這也因此要求材料具備優(yōu)異的抗氫脆性能。

2、高熵合金最早的定義是由5種或5種以上主要元素以等物質(zhì)的量比或近等物質(zhì)的量比組成的多主元合金，且每種元素占合金總成分的比例(原子數(shù)分?jǐn)?shù))在5％與35％之間。研究發(fā)現(xiàn)高熵合金還具有出眾的抗氫脆性能，充氫后拉伸力學(xué)性能幾乎不發(fā)生變化。因此，高熵合金被視為是極具潛力的抗氫脆材料。

3、公開號(hào)為cn117845117a的專利文件中，公開了一種耐腐蝕抗氫脆高熵合金的制備方法，采用熔點(diǎn)差異較大的六種元素al、co、cr、fe、ni、cu，通過(guò)成分設(shè)計(jì)和熱處理工藝提高了其抗氫脆性能，氫致塑性損失率為2.02～4.76％，有待進(jìn)一步提升；公開號(hào)為cn117418174a的專利文件中，公開了一種高強(qiáng)韌、抗氫脆的nb微合金化高熵合金的制備方法，通過(guò)nb微合金化和組織調(diào)控，充氫前后強(qiáng)度變化較小，但塑性損失較為嚴(yán)重，其氫致塑性損失率為56.9～72.7％。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于碳化物析出相強(qiáng)化的抗氫脆高熵合金及制備方法，通過(guò)控制熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)碳化物析出相位于晶粒內(nèi)部，數(shù)量、尺寸適中，達(dá)到強(qiáng)化高熵合金的抗氫脆性能的目的；并使其充氫前抗拉強(qiáng)度為650～740mpa，延伸率為35.2～40.4％，在充氫后抗拉強(qiáng)度為620～700mpa，延伸率為34.6～38.8％，氫致塑性損失率在1.70～3.96％。

2、實(shí)現(xiàn)上述目的的措施：

3、一種基于碳化物析出相強(qiáng)化的抗氫脆高熵合金，其由co、cr、fe、mn、ni、m、c元素組成；其化學(xué)通用式為：(cocrfemnni)1-x-ymxcy，

4、式中：x—表示m元素的質(zhì)量百分比，其取值范圍在0＜x≤5；

5、y—表示c元素的質(zhì)量百分比，其取值范圍在0＜y≤0.5；

6、m—表示為輔助元素的總稱，其包括元素mo、nb、v、ti中的一種或幾種的復(fù)合，單位為質(zhì)量百分比％；

7、c—為碳元素，單位為質(zhì)量百分比％；

8、說(shuō)明：co、cr、fe、mn、ni、m、c各元素質(zhì)量百分比％含量是相同的；

9、優(yōu)選地：x的取值范圍在：2≤x≤5。

10、優(yōu)選地：y的取值范圍在：0.2≤y≤0.5。

11、制備一種基于碳化物析出相強(qiáng)化的抗氫脆高熵合金的方法，其步驟：

12、1)進(jìn)行原材料配置

13、將純度均高于99.9％的co、cr、fe、mn、ni、m金屬顆粒按照各自的取值范圍進(jìn)行稱量，其中c元素通過(guò)fec合金的形式加入，由于c元素以fec合金的形式加入，因此在計(jì)算相應(yīng)的純fe金屬顆粒質(zhì)量時(shí)應(yīng)減除這一部分，同時(shí)含fe也同樣不低于99.9％；；

14、2)在真空爐進(jìn)行熔煉

15、將上述配置好的原料放入真空爐中進(jìn)行熔煉，期間：關(guān)閉真空罩，待真空度≤5×

16、10-3pa時(shí)，通入氬氣進(jìn)行攪拌熔煉；并控制整個(gè)過(guò)程重復(fù)熔煉4～5次；后澆鑄成錠，鑄錠厚度控制在40～45mm；

17、3)進(jìn)行均勻化退火，控制其退火溫度在1230～1270℃，并在此溫度下保溫50～70min；

18、4)進(jìn)行空冷，空冷至150～200℃；

19、5)進(jìn)行熱軋，控制初始軋制溫度在980～1020℃，終軋溫度在890～910℃，控制軋制道次在3～4次，總變形量在40～50％；

20、6)冷軋至產(chǎn)品厚度，控制軋制道次在5～6次，總變形量在85～90％；

21、7)進(jìn)行退火，控制其退火溫度在890～910℃，并在此溫度下保溫25～35min；

22、8)進(jìn)行水冷，在冷卻速度為25～32℃/s下冷卻至室溫。

23、本發(fā)明中各組分及主要工藝的作用及機(jī)理。

24、co：co元素有助于穩(wěn)定fcc相，同時(shí)可以降低氫的擴(kuò)散率，從而減少氫在合金中的聚集和引發(fā)氫脆的風(fēng)險(xiǎn)，提高合金抗氫脆性能，但過(guò)量的co可能會(huì)導(dǎo)致合金中出現(xiàn)脆性相或元素偏析現(xiàn)象，從而降低抗氫脆性能。

25、cr：cr元素主要影響高熵合金中的氫擴(kuò)散和捕獲情況，cr-h體系可以更有效地捕獲氫原子，并且隨著cr濃度的增加，氫擴(kuò)散系數(shù)明顯降低，但過(guò)高的cr含量會(huì)使金中逐漸析出bcc或b2相，使合金變得硬而脆。

26、fe：fe元素主要影響高熵合金的相結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其抗氫脆性能，適量的fe元素可以使fcc相的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到提升，硬脆的bcc相數(shù)量減少，抗氫脆性能提高，fe含量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致bcc相比例上升，合金氫脆敏感性增加，fe含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致合金變脆，降低延展性。

27、mn：mn元素會(huì)增加高熵合金的層錯(cuò)能，適量的mn元素可以激活固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化等機(jī)制，有助于提高合金的整體強(qiáng)度，從而在一定程度上增強(qiáng)其抗氫脆性能，過(guò)量的mn元素會(huì)促進(jìn)晶間斷裂，從而降低合金的抗氫脆性能。

28、ni：ni元素對(duì)高熵合金抗氫脆性能的影響與fe元素相似，也是提高fcc相穩(wěn)定性的元素，ni含量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致bcc相比例上升，合金氫脆敏感性增加，含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致合金塑性降低。

29、mo、nb、v、ti、c：mo、nb、v、ti、c元素主要是通過(guò)生成析出物，作為氫陷阱捕獲位點(diǎn)，減少氫的擴(kuò)散和聚集，提高材料的抗氫脆性能。但析出物量越多，被捕獲的氫也越多，會(huì)造成嚴(yán)重的氫致局部塑性變形，因此本發(fā)明中將mo、nb、v、ti含量控制在不超過(guò)5％，c含量控制在不超過(guò)0.5％。

30、本發(fā)明之所以在真空冶煉期間，關(guān)閉真空罩，并待真空度≤5×10-3pa時(shí)，通入氬氣進(jìn)行攪拌熔煉，是為了防止防止金屬在高溫下與氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而避免金屬被氧化或產(chǎn)生其他不需要的化合物。。

31、本發(fā)明之所以控制均勻化退火溫度在1230～1270℃，并在此溫度下保溫50～70min，是為了促進(jìn)合金元素的擴(kuò)散，使合金內(nèi)部的化學(xué)成分更加均勻，消除元素偏析，同時(shí)避免過(guò)高的溫度或過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間導(dǎo)致合金晶界的熔化和主要元素的燒損，從而降低合金的性能。

32、本發(fā)明之所以控制初始軋制溫度在980～1020℃，終軋溫度在890～910℃，總變形量在40～50％，是為了細(xì)化晶粒，改善其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。

33、本發(fā)明之所以控制冷軋累計(jì)變形量在80～90％，是為了進(jìn)一步細(xì)化晶粒，同時(shí)引入大量的位錯(cuò)和晶界。

34、本發(fā)明之所以控制退火溫度在890～910℃，并在此溫度下保溫25～35min，為了促使合金中的變形晶粒發(fā)生再結(jié)晶，碳化物等析出物析出。

35、本發(fā)明之所以冷卻速度為25～32℃/s，是為了消除合金在軋制過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

36、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明由fcc面心立方相和mc型碳化物析出相組成；其充氫前抗拉強(qiáng)度為650～740mpa，延伸率為35.2～40.4％，在充氫后抗拉強(qiáng)度為620～700mpa，延伸率為34.6～38.8％，氫致塑性損失率為1.70～3.96％，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便，便于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。