一种纳米析出相强化抗氢脆中熵合金及其制备方法

本发明涉及中熵合金，具体为一种纳米析出相强化抗氢脆中熵合金及其制备方法。

背景技术：

1、随着航空航天、国防重工等重大产业推进以及氢能源发展，开发具有高强度、高韧性、抗氢脆、耐腐蚀等特点的新型合金材料迫在眉睫。随着人们对中熵合金研究的进一步深入，其包括高强度、高延展性等独特的性能也逐渐引起了人们的关注。然而，长期以来，氢脆问题是制约中熵合金产业化应用的瓶颈问题，往往产生灾难性的后果。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种纳米析出相强化抗氢脆中熵合金及其制备方法。

2、根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

3、一种纳米析出相强化抗氢脆中熵合金，以质量百分比计，包括：co33.30～34.30％；ni 33.20～34.20％；cr 29.45～30.45％；ti 1.30～1.90％；al0.65～1.05％；b0.04～0.06％；余量为不可避免的杂质。

4、作为本发明所述的一种纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的优选方案，其中：中熵合金的微观组织结构为等原子比的co、cr、ni及少量al、ti组成的fcc固溶体结构及弥散分布于基体中的纳米级l12析出相。co、cr、ni这三种元素是构成中熵合金的主要元素，它们以等原子比形成面心立方(fcc)固溶体结构，从而提供较好的塑性和韧性；al与合金中的其他元素形成l12型纳米级析出相，显著提高合金的强度；ti则可以与al形成稳定的tic，有助于固定合金中的c，防止碳化物的析出，从而保持合金的均匀性；微量的b原子倾向于偏聚在晶界处，增强了晶界的内聚力，从而提高了合金的抗氢脆性能。此外，b的偏聚还能减少氢在晶界的扩散速率，降低氢在晶界处的应力集中，从而减少氢致裂纹的形核和扩展。

5、作为本发明所述的一种纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的优选方案，其中：纳米级l12析出相的平均尺寸为17.5～27.0nm。

6、作为本发明所述的一种纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的优选方案，其中：纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的屈服强度≥780mpa、延展性≥39.0％，在经过24h的氢预充后氢脆敏感性指数≤4.5％、经过72h的氢预充后氢脆敏感性指数≤9.5％。

7、根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

8、一种纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的制备方法，包括如下步骤：

9、s1、根据中熵合金成分取原材料，通过氩气氛围中的电弧熔炼得到中熵合金铸锭；

10、s2、铸锭通过均质化处理进行元素分布调控；

11、s3、铸锭采用冷轧工艺进行轧制得到板材；

12、s4、板材采用固溶处理加时效处理的方式进行调质热处理，得到纳米析出相强化抗氢脆中熵合金。

13、作为本发明所述的一种纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的制备方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，将电弧熔炼得到的铸锭翻转并重新熔炼至少5次以确保元素均匀分布。

14、作为本发明所述的一种纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的的制备方法优选方案，其中：所述步骤s2中，均质化处理温度为1200±50℃，均质化处理时间为3±0.2h。

15、作为本发明所述的一种纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的的制备方法优选方案，其中：所述步骤s3中，轧制使块状中熵合金铸锭厚度减小50±5％。

16、作为本发明所述的一种纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的的制备方法优选方案，其中：所述步骤s4包括如下步骤：

17、s41、将板材加热至1000±50℃保温1±0.05h实现固溶处理，溶解合金中可能存在的第二相粒子，促进元素的均匀分布，减小晶粒尺寸；

18、s42、固溶处理后的板材在800±50℃下进行5±0.3h的时效处理，以确保l12相粒子的充分沉淀；

19、s43、时效处理后的板材进行水淬，以快速冷却，固定由热处理产生的微观结构，防止在冷却过程中发生相变或粒子粗化。

20、本发明的有益效果如下：

21、本发明提出一种纳米析出相强化抗氢脆中熵合金及其制备方法，通过电弧熔炼及均质化处理加冷轧和时效处理的方式获得高弥散分布的纳米级l12相析出的中熵合金，实现中熵合金强韧性匹配，并大幅提升材料服役过程中的抗氢脆性能，对于材料强化和抗氢脆等综合性能的提高具有深远的意义。

1.一种纳米析出相强化抗氢脆中熵合金，其特征在于，以质量百分比计，包括：co33.30～34.30％；ni 33.20～34.20％；cr 29.45～30.45％；ti 1.30～1.90％；al 0.65～1.05％；b 0.04～0.06％，余量为不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的纳米析出相强化抗氢脆中熵合金，其特征在于，中熵合金的微观组织结构为等原子比的co、cr、ni及少量al、ti组成的fcc固溶体结构及弥散分布于基体中的纳米级l12析出相。

3.根据权利要求1所述的纳米析出相强化抗氢脆中熵合金，其特征在于，纳米级l12析出相的平均尺寸为17.5～27.0nm。

4.根据权利要求1所述的纳米析出相强化抗氢脆中熵合金，其特征在于，纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的屈服强度≥780mpa、延展性≥39.0％，在经过24h的氢预充后氢脆敏感性指数≤4.5％、经过72h的氢预充后氢脆敏感性指数≤9.5％。

5.一种权利要求1-4任一项所述的纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，将电弧熔炼得到的铸锭翻转并重新熔炼至少5次以确保元素均匀分布。

7.根据权利要求5所述的纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，均质化处理温度为1200±50℃，均质化处理时间为3.0±0.2h。

8.根据权利要求5所述的纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，轧制使块状中熵合金铸锭厚度减小50±5％。

9.根据权利要求5所述的纳米析出相强化抗氢脆中熵合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s4包括如下步骤：