一种耐腐蚀抗氢脆高熵合金、制备方法及应用

本发明属于金属材料，具体涉及一种耐腐蚀抗氢脆高熵合金、制备方法及应用。

背景技术：

1、应用在海洋等临氢环境的工程机械装备，通常面临氢脆和腐蚀两种失效风险。长期暴露在海水等含氢介质中的工程材料，容易在应力的协同作用下，发生强度或塑性的急剧降低，导致突发性的断裂。同时，海水是天然腐蚀介质中腐蚀性最强的介质之一，对金属氧化膜的渗透破坏作用比较强。氢脆和腐蚀是影响临氢工程结构材料服役性能的重要因素。因此，迫切地需要开发具有抗氢脆和耐腐蚀性能的新型结构材料。

2、高熵合金的出现摆脱了传统合金性能的局限性。多主元的成分设计使其可以耦合多种强化机制而具有优异的抗氢脆和耐腐蚀性。cocrfeni系高熵合金由单一fcc相组成，具有良好的抗氢脆性。但是，现有的cocrfeni系高熵合金在强度和耐腐蚀能力上仍有欠缺。

技术实现思路

1、为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种耐腐蚀抗氢脆高熵合金及其制备方法。该高熵合金在具有良好的耐腐蚀和抗氢脆性能的同时还拥有简单的制备方法，安全可靠且实用，在海洋工程领域应用前景十分广阔。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明一方面，提供了一种耐腐蚀抗氢脆高熵合金，所述高熵合金的通式为alacobcrcfedniecuf，其中，0<a≤10，6<b≤20，16≤c≤20，16≤d≤20，35≤e≤40，0<f≤7，且a+b+c+d+e+f＝100。

4、作为本发明再进一步的方案：所述高熵合金的通式中，0<a≤4，17≤b≤19，17≤c≤19，17≤d≤19，36≤e≤38，0<f≤4。

5、作为本发明再进一步的方案：所述高熵合金充氢前抗拉强度为800mpa～830mpa，塑性为38％～40％；充氢后抗氢强度为780mpa～800mpa，塑性为35％～40％。

6、本发明另一方面，提供了一种耐腐蚀抗氢脆高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

7、(1)将单质al、co、cr、fe、ni和cu颗粒按比例称量，置于真空熔炼炉后通入保护气体，开启搅拌进行熔炼，重复4～5次熔炼过程，得高熵合金铸锭；

8、(2)将所述高熵合金铸锭在保护气体下进行1000℃～1200℃固溶处理5～7h，然后进行5～6次轧制，总变形量为70％～80％，得轧制样品；

9、(3)将所述轧制样品在750℃～850℃进行退火处理，空冷；

10、(4)将空冷处理后的所述轧制样品进行550℃～650℃时效处理，得所述高熵合金。

11、作为本发明再进一步的方案：步骤(1)中，各个所述单质的纯度均≥99.95％；

12、和/或，所述真空熔炼炉的真空度小于6×10-4pa。

13、作为本发明再进一步的方案：所述保护气体为氩气，纯度为99.999％。

14、作为本发明再进一步的方案：步骤(3)中，所述退火处理在真空条件下进行，真空度不大于10-2pa。

15、作为本发明再进一步的方案：步骤(4)中，所述时效处理在真空条件下进行，真空度不大于10-2pa。

16、作为本发明再进一步的方案：在步骤(1)之前，还包括对所述单质al、co、cr、fe、ni和cu颗粒进行清洁的操作。

17、本发明的第三个方面，提供了耐腐蚀抗氢脆高熵合金在海洋工程领域中的应用。

18、相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

19、1、本发明高熵合金由al、co、cr、fe、ni和cu元素组成，通过成分设计和热处理工艺制备了具有耐腐蚀抗氢脆性能的合金，在海洋工程领域应用前景广阔；

20、2、本发明采用熔点差异较大的六种元素al(600℃)、co(1495℃)、cr(1907℃)、fe(1538℃)、ni(1453℃、cu(1083.4℃)，作为新型的高熵合金材料，最后获得了fcc结构的高熵合金。

21、3、本发明原材料容易获取，安全可靠并且实用，可以大批量工业化生产。

技术特征：

1.一种耐腐蚀抗氢脆高熵合金，其特征在于，所述高熵合金的通式为alacobcrcfedniecuf，其中，0<a≤10，6<b≤20，16≤c≤20，16≤d≤20，35≤e≤40，0<f≤7，且a+b+c+d+e+f＝100。

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀抗氢脆高熵合金，其特征在于，所述高熵合金的通式中，0<a≤4，17≤b≤19，17≤c≤19，17≤d≤19，36≤e≤38，0<f≤4。

3.根据权利要求1所述的耐腐蚀抗氢脆高熵合金，其特征在于，所述高熵合金充氢前抗拉强度为800mpa～830mpa，塑性为38％～40％；充氢后抗氢强度为780mpa～800mpa，塑性为35％～40％。

4.根据权利要求1～3所述的耐腐蚀抗氢脆高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的耐腐蚀抗氢脆高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，各个所述单质的纯度均≥99.95％；

6.根据权利要求4所述的耐腐蚀抗氢脆高熵合金的制备方法，其特征在于，所述保护气体为氩气，纯度为99.999％。

7.根据权利要求4所述的耐腐蚀抗氢脆高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述退火处理在真空条件下进行，真空度不大于10-2pa。

8.根据权利要求4所述的耐腐蚀抗氢脆高熵合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述时效处理在真空条件下进行，真空度不大于10-2pa。

9.根据权利要求4所述的耐腐蚀抗氢脆高熵合金的制备方法，其特征在于，在步骤(1)之前，还包括对所述单质al、co、cr、fe、ni和cu颗粒进行清洁的操作。

10.一种如权利要求1～3所述的耐腐蚀抗氢脆高熵合金，或权利要求4～9所述的耐腐蚀抗氢脆高熵合金的制备方法制备的耐腐蚀抗氢脆高熵合金在海洋工程领域中的应用。

技术总结
本发明公开了一种耐腐蚀抗氢脆高熵合金、制备方法及应用，属于金属材料技术领域，本发明高熵合金的通式为AlaCobCrcFedNieCuf，其中，0<a≤10，6<b≤20，16≤c≤20，16≤d≤20，35≤e≤40，0<f≤7，且a+b+c+d+e+f＝100。本发明制备的高熵合金在具有良好的耐腐蚀和抗氢脆性能的同时还拥有简单的制备方法，安全可靠且实用，在海洋工程领域应用前景十分广阔。

技术研发人员：刘敏,钱晗,杨凡,李方杰,王泽民,王占勇
受保护的技术使用者：上海应用技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17